JP2010209135A - 微多孔性フィルム及びその製造方法並びに電池用セパレータ - Google Patents

微多孔性フィルム及びその製造方法並びに電池用セパレータ Download PDF

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Abstract

【課題】溶剤を用いて可塑剤を抽出することなく、フィルムを多段階で延伸するのみで透気性に優れた微多孔性フィルムを得ることのできる微多孔性フィルムの製造方法を提供する。
【解決手段】本発明は、ポリエチレン樹脂を含有し、剪断粘度ηsに対する伸張粘度ηeの比ηe/ηsが15〜100であるポリエチレン樹脂組成物からなるフィルムを、少なくとも一方向に1.05倍〜2.0倍に冷延伸する冷延伸工程と、前記冷延伸工程において冷延伸されたフィルムを、少なくとも一方向に1.05倍〜5.0倍に熱延伸する熱延伸工程と、を有する微多孔性フィルムの製造方法を提供する。
【選択図】なし

Description

本発明は、微多孔性フィルム及びその製造方法並びに電池用セパレータに関する。
微多孔性フィルム、特にポリオレフィン系微多孔性フィルムは、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、燃料電池用材料等に用いられており、特にリチウムイオン電池用セパレータとして好適に用いられている。また、近年、リチウムイオン電池は、携帯電話、ノート型パーソナルコンピュータ等の小型電子機器用途として用いられる一方で、ハイブリッド電気自動車等への応用も図られている。
ここで、ハイブリッド電気自動車用途に用いられるリチウムイオン電池には、短時間に多くのエネルギーを取り出すための、より高い出力特性が要求される。また、ハイブリッド電気自動車用途に用いられるリチウムイオン電池は、一般的に大型でかつ高エネルギー容量であるため、より高い安全性が要求される。
リチウムイオン電池に用いられる電池用セパレータは、安全性を確保するために、シャットダウン(以下「SD」と表記する)機能が必須とされている。SD機能とは、電池内部温度が過度に上昇した場合に、電池用セパレータの電気抵抗を急激に上昇させることにより、電池反応を停止させて、それ以上の温度上昇を防止する機能である。上記SD機能の発現機構としては、例えば、微多孔性フィルム製の電池用セパレータの場合、所定の温度まで電池内部温度が上昇した際に、その多孔質構造を喪失して無孔化し、イオン透過を遮断することが挙げられる。
このような事情に対応可能なセパレータとして用いられる微多孔性フィルムを提供することを目的として、例えば、特許文献1や特許文献2には、ポリプロピレンフィルムとポリエチレンフィルムとからなる積層微多孔性フィルムを製造する方法が提案されている。一方、特許文献3で提案された微多孔性フィルムは、その製造工程において微多孔性フィルムの前駆体に含まれる可塑剤を溶剤により抽出することにより、透気性の大幅な向上が図られている。
特許第3003830号公報 特許第3381538号公報 特開2008−81513号公報
しかしながら、特許文献1、2に記載の積層微多孔性フィルムは、透気性が不十分であるため、高い出力特性が要求されるハイブリッド電気自動車等に応用するのが困難である。また、特許文献3に開示されている微多孔性フィルムは、その製造工程に、溶剤を用いて可塑剤を抽出する工程が含まれているため、製造コストが高くなるという問題がある。
本発明は、このような事情に鑑みなされたものであり、溶剤を用いて可塑剤を抽出することなく、フィルムを多段階で延伸するのみで透気性に優れた微多孔性フィルムを得ることのできる微多孔性フィルムの製造方法、及びその製造方法により得られる微多孔性フィルム、並びに、その微多孔性フィルムを備えた電池用セパレータを提供することを目的とする。
本発明者らは前述の目的を達成すべく鋭意検討を重ねた結果、特定の伸長粘度と剪断粘度との比を有するポリエチレン樹脂組成物を特定の温度で冷延伸した後、より高い特定の温度で熱延伸することにより、リチウムイオン二次電池用セパレータとして好適な透気性を備えた微多孔フィルムを得ることができることを見出し、本発明を完成させた。
すなわち、本発明は以下の通りである。
[1]ポリエチレン樹脂を含有し、剪断粘度ηsに対する伸張粘度ηeの比ηe/ηsが15〜100であるポリエチレン樹脂組成物からなるフィルムを、少なくとも一方向に1.05倍〜2.0倍に冷延伸する冷延伸工程と、前記冷延伸工程において冷延伸されたフィルムを、少なくとも一方向に1.05倍〜5.0倍に熱延伸する熱延伸工程と、を有する微多孔性フィルムの製造方法。
[2]前記冷延伸工程における温度が−20℃以上70℃以下であり、かつ、前記熱延伸工程における温度が90℃以上130℃未満である、[1]の微多孔性フィルムの製造方法。
[3]前記ポリエチレン樹脂の炭素原子10000個当たりの末端ビニル基数が3.0個以下である、[1]又は[2]の微多孔性フィルムの製造方法。
[4][1]〜[3]のいずれか1つの微多孔性フィルムの製造方法により製造された微多孔性フィルム。
[5][4]の微多孔性フィルムを備える電池用セパレータ。
本発明によれば、溶剤を用いて可塑剤を抽出することなく、フィルムを多段階で延伸するのみで透気性に優れた微多孔性フィルムを得ることのできる微多孔性フィルムの製造方法、及びその製造方法により得られる微多孔性フィルム、並びに、その微多孔性フィルムを備えた電池用セパレータを提供することができる。
以下、本発明を実施するための形態(以下、単に「本実施形態」という。)について、詳細に説明する。なお、本発明は、以下の本実施形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で種々変形して実施することができる。
本実施形態の微多孔性フィルムの製造方法は、ポリエチレン樹脂を含有し、剪断粘度ηsに対する伸張粘度ηeの比ηe/ηsが15〜100であるポリエチレン樹脂組成物(以下「ポリエチレン樹脂組成物Ac」と表記する)からなるフィルム(以下「原反フィルムAf」と表記する)を、少なくとも一方向に1.05倍〜2.0倍に冷延伸する冷延伸工程と、前記冷延伸工程において冷延伸されたフィルムを、少なくとも一方向に1.05倍〜5.0倍に熱延伸する熱延伸工程とを有するものである。ここで、本明細書において「樹脂組成物」とは、1種類の樹脂(高分子材料)のみからなるものも含む概念であり、2種類以上の樹脂の混合物であってもよく、さらに任意の添加剤を含有してもよい。また、「ポリエチレン樹脂」とは、そのモノマーの主成分がエチレンであるポリマーをいう。ここで「主成分」とは、ポリエチレン樹脂のモノマーの全体量に対して50質量%以上を占めるモノマーを意味し、好ましくは80質量%以上、より好ましくは90質量%以上、更に好ましくは95%以上、特に好ましくは98%以上、最も好ましくは100質量%すなわち全量、を示すモノマーを意味する。
まず、冷延伸工程に先立って、ポリエチレン樹脂組成物Acが準備される。本実施形態に係るポリエチレン樹脂組成物Acは、その剪断粘度ηsに対する伸長粘度ηeの比ηe/ηsが15〜100であり、好ましくは20〜80であり、より好ましくは30〜50である。ηe/ηsが15以上であれば、微多孔性フィルムの透気性が良好となり、100以下であればフィルム成形時に破断し難くなる。なお、本明細書において、剪断粘度ηs及び伸長粘度ηeの単位はいずれも「Pa・s」である。
ポリエチレン樹脂組成物Acの伸長粘度ηeは、温度180℃、伸長歪み速度10s-1の条件で測定される値であり、ツインキャピラリーレオメーターによる流入圧力損失法を用い、Cogswellの理論[Polymer Engineering Science、12、64(1972)]にしたがって測定を行うことにより得られる。また、剪断粘度ηsは、温度180℃、剪断歪み速度100s-1の条件で測定される値であり、伸長粘度ηeと同様にツインキャピラリーレオメーターによる流入圧力損失法を用い、Cogswellの理論にしたがって測定を行うことにより得られる。
本発明者らは、比ηe/ηsが上記範囲にあるポリエチレン樹脂組成物Acを用いることで、得られる微多孔性フィルムの透気性が劇的に向上することを見出した。この要因は、完全には解明できていないもの、本発明者らは、その一つとして下記のように考えている。すなわち、剪断粘度に対して伸長粘度をある程度高めることで、フィルム成形の際に、ポリエチレン樹脂組成物Ac中の溶融したポリエチレン樹脂が押し出し方向に配向しやすくなり、その結果、ポリエチレン樹脂の結晶配向性が向上すると考えられる。その結晶配向性が向上すると、後述の各延伸工程において、結晶間の開列が均一に発生し、得られる微多孔性フィルムの透気性が向上するものと考えられる。
特許文献1や特許文献2には、ポリエチレン樹脂組成物の好ましい融点については開示されているものの、その伸長粘度や溶融粘度についての検討はなされていない。また、特許文献1や特許文献2の実施例に用いられているポリエチレン樹脂組成物の比ηe/ηsを測定してみると、いずれも15よりも小さく、微多孔性フィルムの透気性も不十分であった。
本実施形態のポリエチレン樹脂組成物AcのMFR(メルトフローレート)は、0.01〜20g/10分であることが好ましく、より好ましくは0.1〜10g/10分であり、更に好ましくは0.5〜5.0g/10分である。MFRが0.01g/10分以上であれば、原反フィルムAfにフィッシュアイが発生し難くなり、20g/10分以下であるとドローダウンが起こり難くなり、成膜性が良好となる。ポリエチレン樹脂組成物AcのMFRは、下記実施例に記載した方法に準じて測定される。
一般に、フィッシュアイとは、ポリマー編集委員会著、ポリマー辞典、大成社、平成12年、増刷6版、337頁等に定義されているように、フィルム状又はシート状の製品中に生じる小さな球状の塊をいう。魚の眼のような透明性を示すものが多いことからこのような名前が付けられた。フィッシュアイは、その生成要因から区別して、成形材料の混練不足から来る未溶融の塊、原料の一部がゲル化したための塊、成形中の材料の部分的劣化による塊、異物を核としたものなど、種々のものが挙げられる。ただし、本明細書において、フィッシュアイは、微多孔性フィルムの原料として用いた材料に起因するものであり、異物を核にしたものは除外する。なお、その異物とは、例えば、セルロース、塵、金属片、樹脂の炭化物、種類の異なるプラスチック、糸屑、紙切れが挙げられる。
原反フィルムAfにおけるフィッシュアイの部分は、延伸しても多孔化しないことが多いため、フィッシュアイが多量に存在すると、微多孔性フィルムの透気性が低下する。また、フィルムを熱延伸する際に、フィッシュアイを起点にフィルムが破断することがあり、微多孔性フィルムの生産性の観点からも好ましくない。そこで、ポリエチレン樹脂組成物Acから得られる原反フィルムAfにおいて、0.1mm以上のフィッシュアイの数を原反フィルムAfの10g当たり100個以下にすることが好ましく、50個以下にすることがより好ましい。原反フィルムAfのフィッシュアイの数を少なくする方法としては、ポリエチレン樹脂組成物AcのMFRを、例えば0.01g/10分以上に、高める方法、ポリエチレン樹脂組成物Acの分子量分布を、例えば2〜30に、調整する方法が挙げられる。なお、原反フィルムAfのフィッシュアイの数は、下記実施例に記載した方法に準じて測定される。
本実施形態に係るポリエチレン樹脂組成物Acの密度は、945〜970kg/m3であることが好ましく、より好ましくは955〜965kg/m3であり、更に好ましくは960〜965kg/m3である。その密度が945kg/m3以上であれば、透気性のより良好な微多孔性フィルムが得られ、970kg/m3以下であれば、延伸する際に膜が破断し難くなる。ポリエチレン樹脂組成物Acの密度は、下記実施例に記載した方法に準じて測定される。
本実施形態に係るポリエチレン樹脂組成物Acにおける樹脂の分子量分布は、数平均分子量(Mn)に対する重量平均分子量(Mw)の比(以下「Mw/Mn」と表記する)で、2.0〜30.0であることが好ましく、より好ましくは6.0〜10.0であり、更に好ましくは7.0〜9.0である。Mw/Mnが2.0以上であれば、ポリエチレン樹脂組成物Acを原反フィルムAfに成形する際の発熱が抑えられ、樹脂劣化によるフィッシュアイが発生し難くなり、30.0以下であれば、高分子量成分由来のフィッシュアイが少なくなる。Mw及びMnは、ポリスチレンを標準試料として、ゲル・パーミエーション・クロマトグラフィー(以下「GPC」と表記する)から求められ、詳細には下記実施例に記載した方法に準じて測定される。
本実施形態に係るポリエチレン樹脂組成物Acにおいて、ポリエチレン樹脂の炭素原子10000個当たりの末端ビニル基数は5.0個以下であると好ましく、3.0個以下であるとより好ましく、1.0個以下であると更に好ましい。その末端ビニル基数が5.0個以下であれば、ポリエチレン樹脂組成物Acを成形する際の熱安定性が良好となり、樹脂劣化によるフィッシュアイが発生し難くなる。ポリエチレン樹脂の炭素原子10000個当たりの末端ビニル基数は、下記実施例に記載した方法に準じて測定される。
ポリエチレン樹脂組成物Acは、ポリエチレン樹脂を含有し、比ηe/ηsが15〜100であれば特に限定されない。例えば、ポリエチレン樹脂組成物Acは、クロム系触媒を用いてエチレンを重合して製造された長鎖の分岐鎖を有するポリエチレン樹脂(下記「Bp」)を含有すると好ましく、チタン系触媒を用いてエチレン及び必要に応じてその他のモノマーの他段重合により製造された超高分子量のポリエチレン樹脂(下記「Cp」)を含有すると好ましく、それら両方のポリエチレン樹脂を含有すると、より好ましい。
例えば、ポリエチレン樹脂組成物Acは、クロム系触媒を用いて製造されたηe/ηsが100よりも大きいポリエチレン樹脂と、チタン系触媒を用いて製造されたηe/ηsが15よりも小さいポリエチレン樹脂とを含有してもよい。あるいは、ポリエチレン樹脂組成物Acは、比ηe/ηsが15よりも小さいポリエチレン樹脂を有機過酸化物等の架橋剤と共に溶融混練し、適度に架橋させて得られるポリエチレン樹脂を含有してもよい。このようなポリエチレン樹脂組成物Acは、比ηe/ηsを15〜100の範囲に収めることができる。
次に、クロム系触媒を用いてエチレン及び必要に応じてその他のモノマーの重合により製造され、長鎖の分岐鎖を有する上記ポリエチレン樹脂(以下「ポリエチレン樹脂Bp」と表記する)を含有する樹脂組成物(以下「ポリエチレン樹脂組成物Bc」と表記する)について説明する。
ポリエチレン樹脂Bpを製造するのに用いるクロム系触媒としては、例えば、無機酸化物担体にクロム化合物を担持した固体触媒、又は、該固体触媒と有機金属化合物とを混合若しくは反応して得られる触媒が挙げられ、公知の触媒であってもよい。具体的には、特公昭44−2996号公報、同47−1365号公報、同44−3827号公報、同44−2337号公報、同47−19685号公報、同45−40902号公報、同49−38986号公報、同56−18132号公報、同59−5602号公報、同59−50242号公報、同59−5604号公報、特公平1−1277号公報、同1−12778号公報、同1−12781号公報、特開平11−302465号公報、同9−25312号公報、同9−25313号公報、同9−25314号公報、特表平7−503739号公報、米国特許5,104,841号明細書、同5,137,997号明細書等に記載された触媒が上記クロム系触媒として例示される。
本実施形態に係るポリエチレン樹脂組成物Bcとしては、特開2001−294613号公報等に記載された方法によって製造されるポリエチレン樹脂Bpを含有するものが好ましい。すなわち、ポリエチレン樹脂組成物Bcは、耐火性化合物上に担持され非還元雰囲気下での熱処理により活性化された酸化クロム触媒とアルコキシ基及びヒドロシロキシ基の両方を有する有機アルミニウム化合物とを混合若しくは反応して得られる固体触媒成分と、アルコキシ基を有する有機アルミニウム化合物と、を混合若しくは反応して得られる重合触媒存在下において、エチレン及び必要に応じてその他のモノマーの重合により製造されるポリエチレン樹脂Bpを含有することが好ましい。
本実施形態のポリエチレン樹脂Bpを得るために、特に好ましい重合触媒は、耐火性化合物上に支持され非還元雰囲気下での熱処理により活性化された酸化クロム触媒と下記一般式(1)で表されるアルコキシ基及びヒドロシロキシ基の両方を有する有機アルミニウム化合物とを混合若しくは反応して得られる固体触媒成分と、下記一般式(2)で表されるアルコキシ基を有する有機アルミニウム化合物と、を混合若しくは反応して得られる重合触媒である。
AlR1 pq(OR2x(OSiHR34y (1)
ここで、式(1)中、p、q、x、yは、p≧1、0≦q≦1、x≧0.25、y≧0.15、0.5≦x+y≦1.5かつp+q+x+y=3を満足し、R1、R2、R3、R4は互いに同一であっても異なっていてもよい炭素原子数1〜20の炭化水素基を示す。
AlR5 3-n(OR6n (2)
ここで、式(2)中、nは0<n≦1を満足し、R5、R6は互いに同一であっても異なっていてもよい炭素原子数1〜20の炭化水素基を示す。
本実施形態に係るポリエチレン樹脂Bpは、懸濁重合、溶液重合、気相重合等の公知の重合方法で製造される。
ポリエチレン樹脂組成物Bcは、上述のようにして得られるポリエチレン樹脂Bpを含有していればよく、未反応のエチレン、重合に用いられた重合触媒などの各種触媒、添加剤を更に含有してもよい。
ポリエチレン樹脂組成物BcのMFRは、好ましくは0.5〜10g/10分であり、より好ましくは0.5〜3g/10分であり、さらに好ましくは0.8〜2.0g/10分であり、最も好ましくは1.0〜1.6g/10分である。MFRが0.5g/10分以上であれば、原反フィルムAfにフィッシュアイが発生し難くなり、10g/10分以下であるとドローダウンが起こり難くなり、成膜性が良好となる。
また、ポリエチレン樹脂組成物Bcの密度は、好ましくは945〜970kg/m3である。その密度が945kg/m3以上であると、本実施形態のポリエチレン組成物の剛性を高くすることができる。また、ポリエチレン(A)の密度は、より好ましくは955〜970kg/m3であり、更に好ましくは960〜967kg/m3であり、最も好ましくは963〜967kg/m3である。その密度が945kg/m3以上であれば、透気性のより良好な微多孔性フィルムが得られ、970kg/m3以下であれば、延伸する際に膜が破断し難くなる。
次に、チタン系触媒を用いてエチレン及び必要に応じてその他のモノマーの他段重合により製造され、超高分子量のポリエチレン樹脂(以下「ポリエチレン樹脂Cp」と表記する)を含有する樹脂組成物(以下「ポリエチレン樹脂組成物Cc」と表記する)について説明する。
ポリエチレン樹脂Cpを製造するのに用いるチタン系触媒としては、例えば、多孔質高分子材料、周期表第2、3、4、13又は14族に属する元素の無機固体酸化物等の担体にチタン化合物を担持した触媒が挙げられ、公知の触媒であってもよい。上記多孔質高分子材料において、マトリックス材料としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、エチレン−プロピレン共重合体、エチレン−ビニルエステル共重合体、スチレン−ジビニルベンゼン共重合体、エチレン−ビニルエステル共重合体の部分若しくは完全鹸化物等のポリオレフィンやその変性物、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリエステル等の熱可塑性樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、尿素樹脂、メラミン樹脂等の熱硬化性樹脂が挙げられる。また、上記無機固体酸化物としては、例えば、シリカ、アルミナ、マグネシア、塩化マグネシウム、ジルコニア、チタニア、酸化硼素、酸化カルシウム、酸化亜鉛、酸化バリウム、五酸化バナジウム、酸化クロム、酸化トリウム、又はこれらの混合物、若しくはこれらの複合酸化物が挙げられる。
具体的には、特公昭52−36788号公報、同52−36790号公報、同52−36791号公報、同52−35792号公報、同52−50070号公報、同52−36794号公報、同52−36795号公報、同52−36796号公報、同52−36915号公報、同52−36917号公報、同53−6019号公報、特開昭50−21876号公報、同50−31835号公報、同50−72044号公報、同50−78619号公報、同53−40696号公報、WO99/28353号パンフレットに記載された触媒が上記チタン系触媒として例示される。
好ましいチタン系触媒としては、例えば、(a)下記一般式(3)で表される有機マグネシウム化合物と、(b)少なくとも1つのハロゲン原子を有するチタン化合物とを反応させて得られる固体触媒成分と有機金属化合物とを混合若しくは反応して得られる重合触媒、あるいは、上記(a)有機マグネシウム化合物と上記(b)チタン化合物と(c)Al、B、Si、Ge、Sn、Te及びSbからなる群より選ばれる元素のハライド化合物とを反応させて得られる固体触媒成分と有機金属化合物とを混合若しくは反応して得られる重合触媒である。
αMgβ1 p2 qrs (3)
ここで、式(3)中、αは0又は0よりも大きい数、p、q、r、sは0又は0よりも大きい数を示し、p+q+r+s=mα+2βの関係を満足する。Mは周期表第1族、第2族又は第3族に属する金属元素を示し、mはMの原子価を示す。R1、R2は互いに同一でも異なっていてもよい炭素原子数1〜20の炭化水素基を示し、X、Yは互いに同一でも異なっていてもよい1価の基であって、ハロゲン原子、−OR3、−OSiR456、−NR78、又は−SR9を示す。R3、R4、R5、R6、R7、R8は水素原子又は炭素原子数1〜20の炭化水素基を示し、R9は炭素原子数1〜20の炭化水素基を示す。
上記有機金属化合物としては、周期表第1族、第2族又は第3族に属する金属元素を有する化合物が好ましく、特に有機アルミニウム化合物、又は有機アルミニウム化合物を含む有機マグネシウム化合物錯体が好ましい。
固体触媒成分と有機金属化合物との反応は、重合系内に両成分を添加し、重合条件下に重合の進行と共に行うことも可能であり、重合に先立って予め行ってもよい。また、両成分の反応比率は、固体触媒成分1gに対し、有機金属化合物1〜3000mmolの範囲であることが好ましい。
本実施形態に係るポリエチレン樹脂Cpは、懸濁重合、溶液重合、気相重合等の公知の重合方法で製造される。
ポリエチレン樹脂Cpは、チタン系触媒を用いて2段重合された、低分子量ポリマー成分と高分子量ポリマー成分とからなる重合体であることが好ましい。ここで、低分子量ポリマー成分のMFRは、好ましくは1〜200g/10分であり、より好ましくは5〜100g/10分であり、更に好ましくは10〜50g/10分である。この低分子量ポリマー成分は、その密度が好ましくは945〜975kg/m3、より好ましくは955〜975kg/m3である。低分子量ポリマー成分は、エチレンの単独重合若しくはエチレンと炭素数3〜20のα−オレフィンとの共重合により得られる。懸濁重合にて低分子量ポリマー成分を製造する際は、低分子量ポリマー成分は、2.0モル%以下のα−オレフィンを含む溶液中で製造されることが好ましい。
なお、2段重合により得られる高分子量ポリマー成分は、ポリエチレン樹脂Cp中に低分子量ポリマー成分と共に混在しているため、そのMFR、密度を測定することはできなが、ポリエチレン樹脂Cp又はポリエチレン樹脂組成物Ccが下記のような物性となるように得られるものであると好ましい。高分子量ポリマー成分は、上述のようにして得られた低分子量ポリマー成分の共存下、更にエチレン及び必要に応じて炭素数3〜20のα−オレフィンを添加して、それらを重合させることにより得られる。低分子量ポリマー成分と高分子量ポリマー成分とからなる重合体の全体量に対する高分子量ポリマー成分の含有割合は、30〜70質量%であると好ましい。
ポリエチレン樹脂組成物CcのMFRは、好ましくは0.1〜5.0g/10分であり、より好ましくは0.2〜2.0g/10分、更に好ましくは0.4〜1.6g/10分、最も好ましくは0.6〜1.4g/10分である。MFRが0.1g/10分以上であれば、原反フィルムAfにフィッシュアイが発生し難くなり、5.0g/10分以下であるとドローダウンが起こり難くなり、成膜性が良好となる。また、ポリエチレン樹脂組成物Ccの密度は、好ましくは935〜970kg/m3、より好ましくは940〜965kg/m3、最も好ましくは950〜963kg/m3である。その密度が935kg/m3以上であれば、透気性のより良好な微多孔性フィルムが得られ、970kg/m3以下であれば、延伸する際に膜が破断し難くなる。
ポリエチレン樹脂Cpは、エチレンを単独重合して低分子量ポリマー成分を製造した後、その低分子量ポリマー成分とエチレンと炭素数3〜20のα−オレフィンとを共重合して得られるものであると好ましい。
ここで、炭素数3〜20のα−オレフィンは、例えば、プロピレン、1−ブテン、1−ペンテン、1−ヘキセン、4−メチル−1−ペンテン、1−オクテン、1−デセン、1−ドデセン、1−テトラデセン、1−ヘキサデセン、1−オクタデセン及び1−エイコセンよりなる群から選ばれる1種又は2種以上の化合物である。
ポリエチレン樹脂組成物Ccは、上述のようにして得られるポリエチレン樹脂Cpを含有していればよく、未反応のエチレン、重合に用いられた重合触媒などの各種触媒、添加剤を更に含有してもよい。
ポリエチレン樹脂組成物Acが、ポリエチレン樹脂組成物Bcとポリエチレン樹脂組成物Ccとを含有する場合、その中のポリエチレン樹脂組成物Ccに対するポリエチレン樹脂組成物Bcの質量比(B/C)は、B/C=5/95〜95/5であることが好ましく、より好ましくは30/70〜70/30である。その質量比(B/C)が5/95以上であると、比ηe/ηsが15〜100のポリエチレン樹脂組成物Acを得やすくなり、得られる微多孔性フィルムの透気性が良好となる。一方、その質量比が95/5以下であると、末端ビニル基数が5.0個以下のポリエチレン樹脂組成物Acを得やすくなり、熱安定性が良好で樹脂劣化によるフィッシュアイの少ない原反フィルムAfを得ることができる。
ポリエチレン樹脂組成物Bcとポリエチレン樹脂組成物Ccとを混合してポリエチレン樹脂組成物Acを製造する場合の混合方法には特に制限はなく、パウダー状態、スラリー状態、ペレット状態等で混合する通常の方法が用いられる。それらを混練する場合、150〜300℃の温度で、一軸、二軸の押出機、混練機等を用いて混練すればよい。
また、本実施形態に係るポリエチレン樹脂組成物Acは、上記の成分の他に本発明の特徴及び効果を損なわない範囲で必要に応じて他の付加的成分、例えば、オレフィン系エラストマー、酸化防止剤、金属不活性化剤、熱安定剤、難燃剤(有機リン酸エステル系化合物、ポリリン酸アンモニウム系化合物、芳香族ハロゲン系難燃剤、シリコーン系難燃剤など)、フッ素系ポリマー、可塑剤(低分子量ポリエチレン、エポキシ化大豆油、ポリエチレングリコール、脂肪酸エステル類等)、三酸化アンチモン等の難燃助剤、耐候(光)性改良剤、ポリオレフィン用造核剤、スリップ剤、無機又は有機の充填材や強化材(ポリアクリロニトリル繊維、カーボンブラック、酸化チタン、炭酸カルシウム、導電性金属繊維、導電性カーボンブラック等)、各種着色剤、離型剤等を含有してもよい。これらの付加的成分の総含有量は、ポリエチレン樹脂組成物Acの100質量部に対して、20質量部以下であることが好ましく、より好ましくは10質量部以下、さらに好ましくは5質量部以下である。
本実施形態に係るポリエチレン樹脂組成物Acからなる原反フィルムAfの製造方法として、Tダイ押出し成形、インフレーション成形、カレンダー成形、スカイフ法等のシート成形方法を採用し得る。中でも、本実施形態の微多孔性フィルムに要求される物性や用途の観点から、Tダイ押出し成形が好ましい。
原反フィルムAfの製造方法において、押し出し後のドロー比、すなわち、フィルムの巻取速度(単位:m/分)をポリエチレン樹脂組成物Acの押出速度(ダイリップを通過する溶融樹脂の流れ方向の線速度。単位:m/分)で除した値は、好ましくは10〜500、より好ましくは100〜400、更に好ましくは150〜350である。また、原反フィルムAfを巻き取る際のフィルムの巻取速度は、好ましくは約2〜400m/分、より好ましくは10〜200m/分である。ドロー比を上記範囲とすることは、得られる微多孔性フィルムの透気性を向上させる観点から好適である。
また、原反フィルムAfには、必要に応じて熱処理(アニール)を施すことが好ましい。アニールの方法としては、例えば、原反フィルムAfを加熱ロール上に接触させる方法、巻き取る前に加熱気相中に曝す方法、原反フィルムAfを芯体上に巻き取り加熱気相又は加熱液相中に曝す方法、並びにこれらを組み合わせて行う方法が挙げられる。これらのアニールの条件は、例えば、100℃〜130℃の加熱温度で、10秒間〜100時間アニールすることが好ましい。加熱温度が100℃以上であれば後に得られる微多孔性フィルムの透気性が更に良好となり、130℃以下であれば原反フィルムAfを芯体上に巻き取った状態でアニールしてもフィルム同士が融着し難くなる。より好ましい加熱温度の範囲は、115℃〜130℃である。
原反フィルムAfの熱処理後の弾性回復率は50〜80%であることが好ましく、より好ましくは60〜75%である。原反フィルムAfの弾性回復率を上記の範囲内とすることは、多孔化の程度が十分な微多孔性フィルムを得る観点から好適である。原反フィルムAfの「熱処理後の弾性回復率」は、下記実施例に記載した方法に準じて導出される。
次に、冷延伸工程について説明する。
冷延伸工程では、ポリエチレン樹脂組成物Acからなる原反フィルムAfを、好ましくは−20℃以上70℃以下に保持した状態で、少なくとも一方向に1.05倍〜2.0倍に冷延伸する。
冷延伸工程における冷延伸の延伸温度は、好ましくは−20℃以上70℃以下、より好ましくは0℃以上50℃以下の温度である。−20℃以上で延伸すれば原反フィルムAfが破断し難くなり、70℃以下で延伸すれば、得られる微多孔性フィルムの透気性がより良好となる。ここで、冷延伸の延伸温度は冷延伸工程におけるフィルムの表面温度である。
冷延伸工程における冷延伸の延伸倍率は、1.05倍以上2.0倍以下であり、好ましくは1.2倍以上1.7倍以下である。延伸倍率が1.05倍以上であると、透気性の良好な微多孔性フィルムが得られ、2.0倍以下であると、膜厚が均一な微多孔性フィルムが得られる。原反フィルムAfの冷延伸は、少なくとも一方向に行い、二方向に行ってもよいが、好ましくは、フィルムの押出し方向(以下「MD方向」という)にのみ一軸延伸を行う。
本実施形態においては、冷延伸工程において、原反フィルムAfを、0℃以上70℃以下の温度で、MD方向に1.1倍〜2.0倍に一軸延伸することが好ましい。
次に、熱延伸工程について説明する。
本実施形態に係る微多孔性フィルムの製造方法は、冷延伸工程において冷延伸されたフィルムを、90℃以上130℃以下に保持した状態で、少なくとも一方向に1.05倍以上5.0倍以下に熱延伸する熱延伸工程を含む。
熱延伸の延伸温度は、上記冷延伸の延伸温度よりも高ければよい。また、熱延伸の延伸温度は、好ましくは90℃以上130℃以下、より好ましくは100℃以上125℃以下の温度である。90℃以上で熱延伸すればフィルムが破断し難くなり、130℃以下で熱延伸すれば得られる微多孔性フィルムの透気性が良好となる。ここで、熱延伸の延伸温度は熱延伸工程におけるフィルムの表面温度である。
熱延伸工程における熱延伸の延伸倍率は、1.05倍以上5.0倍以下であり、好ましくは1.1倍以上5.0倍以下、より好ましくは2.0倍以上4.0倍以下である。熱延伸工程における延伸倍率が1.05倍以上であると、透気性の良好な微多孔性フィルムが得られ、5.0倍以下であると、膜厚が均一な微多孔性フィルムが得られる。熱延伸は、少なくとも一方向に対して行い、二方向に行ってもよいが、好ましくは冷延伸の延伸方向と同じ方向に行い、より好ましくは冷延伸の延伸方向と同じ方向にのみ一軸延伸を行う。
本実施形態においては、熱延伸工程において、冷延伸工程を経て冷延伸されたフィルムを、90℃以上130℃以下の温度で、MD方向に2.0倍〜5.0倍に一軸延伸することが好ましい。
本実施形態の微多孔性フィルムの製造方法は、微多孔性フィルムに要求される良好な透気性や用途の観点から、冷延伸工程と熱延伸工程との2段階の延伸工程を含む。微多孔性フィルムの製造方法が延伸工程を1段階で行う方法である場合、得られる微多孔性フィルムは、要求される良好な透気性を満たし難くなる。なお、本実施形態の微多孔性フィルムの製造方法は、上述の各延伸工程に加えて、更なる延伸工程を含んでもよい。
本実施形態の微多孔性フィルムの製造方法は、熱延伸工程を経て得られた微多孔性フィルムに対して、好ましくは100℃以上130℃以下で熱固定を施す熱固定工程を含むことが好ましい。この熱固定の方法としては、熱固定後の微多孔性フィルムの長さが、熱固定前の微多孔性フィルムの長さに対して3〜50%減少する程度熱収縮させる方法(以下、この方法を「緩和」という)、延伸方向の寸法が変化しないように熱固定する方法が挙げられる。
熱固定温度は、100℃以上130℃以下であることが好ましく、110℃以上125℃以下であることがより好ましい。ここで、熱固定温度とは、熱固定工程における微多孔性フィルムの表面温度である。
本実施形態の微多孔性フィルムの製造方法における冷延伸工程、熱延伸工程、その他の延伸工程及び熱固定工程の各工程において、延伸又は熱固定は、ロール、テンター、オートグラフ等により、1段階又は2段階以上で、一軸方向及び/又は二軸方向に行うことができる。特に、得られる微多孔性フィルムに要求される透気度や気孔率のような物性や用途の観点から、少なくとも1つの工程において、ロールによる2段階以上の一軸延伸/固定を行うことが好ましい。
本実施形態の微多孔性フィルムの製造方法によると、ポリエチレン樹脂組成物Acや原反フィルムAfに可塑剤を含有させることなく、溶剤を用いて可塑剤を抽出する工程を有しなくても、透気性に優れた微多孔性フィルムを得ることができる。
次に、本実施形態の微多孔性フィルムの製造方法により得られる微多孔性フィルムの物性について説明する。
本実施形態の微多孔性フィルムの気孔率は、好ましくは20%〜80%、より好ましくは40%〜70%、更に好ましくは50%〜70%である。その気孔率を20%以上に設定することにより、微多孔性フィルムを電池用セパレータとして用いた場合に、十分なイオン透過性を確保し得る傾向にある。一方、気孔率を80%以下に設定することにより、微多孔性フィルムが十分な機械強度を確保し得る傾向にある。
なお、微多孔性フィルムの気孔率は、ポリエチレン樹脂組成物Acの組成、各延伸工程における延伸温度、延伸倍率等を適宜設定することにより上述の範囲に調節することができる。例えば、その気孔率を高くするには、ポリエチレン樹脂組成物Acの比ηe/ηsを15〜100にしたり、延伸倍率を高くしたりすればよい。また、微多孔性フィルムの気孔率は、そのフィルムから10cm×10cm角のサンプルを切り出し、そのサンプルの体積V(cm3)及び質量M(g)と、フィルムを構成する樹脂組成物Acの密度d(g/cm3)とから下記式を用いて算出される。
気孔率(%)={(V−M/d)/V}×100
微多孔性フィルムの膜厚は、好ましくは5〜40μm、より好ましくは10〜30μmである。
また、微多孔性フィルムの透気度は、好ましくは10秒/100cc〜5000秒/100cc、より好ましくは50秒/100cc〜1000秒/100cc、更に好ましくは70秒/100cc〜150秒/100ccである。透気度が5000秒/100cc以下である場合、微多孔性フィルムが十分なイオン透過性を確保し得る傾向にある。一方、透気度が10秒/100cc以上である場合、欠陥のない、より均質な微多孔性フィルムが得られる傾向にある。
なお、微多孔性フィルムの透気度は、ポリエチレン樹脂組成物Acの組成、各延伸工程における延伸温度、延伸倍率等を適宜設定することにより上述の範囲に調節することができる。例えば、その透気度を高くするには、延伸倍率を高くしたり、熱固定における緩和倍率を低くすればよい。また、微多孔性フィルムの透気度は、JIS P−8117に準拠し、ガーレー式透気度計を用いて測定される。
本実施形態の製造方法により製造された微多孔性フィルムは、電池用セパレータ、より具体的にはリチウム二次電池用セパレータとして好適に用いられる。その電池用セパレータは、微多孔性フィルムとして本実施形態の微多孔性フィルムを備える他は、公知の構成を有し、公知の方法により作製されればよい。その他、本実施形態の微多孔性フィルムは各種分離膜としても用いられる。
次に、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明はその要旨を超えない限り、以下の実施例に限定されるものではない。なお、用いた原材料及び各種特性の評価方法は下記の通りである。
(1)MFR
MFRは、メルトインデックスと同義であり、JIS K7210に準拠して、温度190℃、荷重2.16kgの条件下でポリエチレン樹脂組成物のMFRを測定した。その単位はg/10分である。
(2)密度
ポリエチレン樹脂組成物の密度をJIS K7112に準拠して測定した。その単位はkg/m3である。
(3)分子量分布(Mw/Mn)
ポリエチレン樹脂組成物における樹脂の分子量分布は、ゲル・パーミエーション・クロマトグラフィー(GPC)から求められる重量平均分子量(Mw)と数平均分子量(Mn)との比Mw/Mnの値である。GPC測定は、東ソー社製のGPS装置(商品名「HLC−8121GPC/HT」)を用いて行った。カラムとして東ソー社製の商品名「TSKgel GMHHR−H(20)」(2本)を用い、移動相o−ジクロロベンゼン(o−DCB)、カラム温度155℃、流量1.0mL/分、試料濃度0.5mg/mL(o−DCB)、注入量500μL、試料溶解温度160℃、試料溶解時間3時間の条件で行った。分子量の校正は、ポリスチレンで行い、ポリスチレン換算分子量でMw及びMnを求め、分子量分布を導出した。
(4)伸長粘度(ηe)、剪断粘度(ηs
ポリエチレン樹脂組成物の伸長粘度ηe及び剪断粘度ηsは、流入圧力損失法を用い、Cogswellの理論[Polymer Engineering Science、12、64(1972)]にしたがって測定を行うことにより得られた。測定装置として、ロザンド社製のツインキャピラリーレオメーターを用い、オリフィスは、以下に示すロングダイ及びショートダイを、用い、180℃で測定を行った。伸長粘度ηeとして、伸長歪み速度10s-1のときの値を用い、剪断粘度ηsとして、剪断歪み速度100s-1のときの値を用いた。
ロングダイ:長さ16mm、直径1mm、流入角180°
ショートダイ:長さ0.25mm、直径1mm、流入角180°
(5)末端ビニル基数
ポリエチレン樹脂組成物におけるポリエチレン樹脂の炭素原子10000個当たりの末端ビニル基数は、日本分光社製のフーリエ変換赤外分光光度計を用いて求めた。詳細には、加熱プレスして無孔化されたシート状のポリエチレン樹脂組成物をサンプルとして、上記分光光度計により測定したIRスペクトルの吸収波長909cm-1付近の吸光度を求めた。この吸収波長は、ポリエチレン樹脂における末端ビニル基に起因する波長である。得られた吸光度から、下記式により炭素原子10000個当たりの末端ビニル基数を求めた。
(炭素原子10000個当たりの末端ビニル基数)=11.4×吸光度/((サンプルの真密度)×(サンプルの厚み))
ここで、サンプルの真密度の単位はg/cm3であり、サンプルの厚みの単位はmmである。
(6)膜厚(μm)
微多孔性フィルムの膜厚は、ダイヤルゲージ(尾崎製作所社製、商品名「PEACOCK No.25」)を用いて測定した。
(7)気孔率(%)
微多孔性フィルムの気孔率は、微多孔性フィルムから10cm×10cm角のサンプルを切り出し、そのサンプルの体積V(cm3)及び質量M(g)と、フィルムを構成する樹脂組成物の密度d(g/cm3)とから下記式を用いて算出した。
気孔率(%)={(V−M/d)/V}×100
(8)透気度(秒/100cc)
微多孔性フィルムの透気度は、JIS P−8117に準拠したガーレー式透気度計にて測定した。なお、微多孔性フィルムの膜厚を20μmとした場合の値に換算した値を、その微多孔性フィルムの透気度とした。
(9)フィッシュアイ個数(個/10g)
原反フィルムのフィッシュアイの個数は下記のようにして測定した。まず、原反フィルムから30cm×30cm角のサンプルを切り出し、下側から蛍光灯を照射した透明板の上にサンプルを載置した。透明板を経由した蛍光灯からの透過光がサンプルをも透過することをサンプルの上方から目視にて確認した。この際、フィッシュアイに起因するサンプルの厚みの差異により、光の透過度合いが異なっていたので、その差異を目視により観察し、0.1mm以上の直径を有する透過度合いが弱い部分をフィッシュアイとして、その部分の個数を測定した。切り取ったサンプル3枚におけるフィッシュアイの個数の相加平均値を、原反フィルム10g当たりの個数に換算して、原反フィルムのフィッシュアイの個数とした。
(10)弾性回復率
原反フィルムを、大気中、130℃で1時間アニールした後、幅15mm、長さ2インチ(5.08cm)の短冊状に切り出して試験片を得た。その試験片を引張試験機の所定位置にセットし、25°C、65%相対湿度の条件下、2インチ/分の速度で長さ方向に50%まで、すなわち、3インチの長さになるまで伸長した。次いで、1分間、その伸長状態で試験片を保持し、その後、同速度(2インチ/分)で試験片を弛緩させて荷重がゼロになった時の試験片の長さを測定した。そして、下記式(4)に基づいて、原反フィルムAfの「熱処理後の弾性回復率」を導出した。式中、それぞれの長さの単位は互いに同じ単位である。
熱処理後の弾性回復率(%)=((50%伸張時の試験片の長さ)−(弛緩させて荷重がゼロになった時の試験片の長さ))/((50%伸張時の試験片の長さ)−(伸張前の試験片の長さ))×100 (4)
[製造例1]
(1)酸化クロム触媒(I)の合成
三酸化クロム4モルを蒸留水80リットルに溶解して溶液を得、この溶液中にシリカ(W.Rグレースアンドカンパニー社製、グレード952)20kgを浸漬し、室温にて1時間攪拌してスラリーを得た。その後、このスラリーを加熱して水を留去し、続いて120℃にて10時間減圧乾燥を行った後、600℃にて5時間乾燥空気を流通させて焼成した。こうして、クロムを1.0質量%含有する酸化クロム触媒(I)を得た。
(2)有機アルミニウム化合物(II)の合成
トリエチルアルミニウム100モルと、メチルヒドロポリシロキサン(30℃における粘度:30センチストークス)50モル(Si基準)と、n−ヘキサン150リットルとを窒素雰囲気下にて耐圧容器に秤取し、攪拌下50℃で24時間反応させて、組成式Al(C252.5(OSi・H・CH3・C250.5で表される有機アルミニウム化合物のヘキサン溶液を調製した。次に、このヘキサン溶液100モル(Al基準)を窒素雰囲気下で600リットルの反応器に移し、反応器内のヘキサン溶液を撹拌しながら、エタノール50リットルとn−ヘキサン50リットルとの混合溶液を−10℃にて添加した。混合溶液を添加後、反応器内を50℃まで昇温し、この温度で1時間反応させて、組成式Al(C252.0(OC250.5(OSi・H・CH3・C250.5で表される、アルコキシ基及びヒドロシロキシ基の両方を有する有機アルミニウム化合物(II)のヘキサン溶液を調製した。
(3)ポリエチレン樹脂組成物(Bc−1)の重合
単段重合プロセスにおいて、容積230Lの重合器内でポリエチレン樹脂組成物(Bc−1)を重合した。重合温度は78℃、重合圧力は0.98MPaに設定した。詳細には、まず、上記重合器に上記酸化クロム触媒(I)50gを収容した後、上記有機アルミニウム化合物(II)5ミリモル(Al基準)を添加して、それらを室温で1時間反応させて固体触媒を得た。それとは別に、2g/時間の速度で、エタノールとトリヘキシルアルミニウムとをモル比0.98:1で反応させることによりアルコキシ基を有する有機アルミニウム化合物(III)を得た。その有機アルミニウム化合物(III)を、上記固体触媒を収容した重合器にその濃度(反応器中の有機アルミニウム化合物(II)のヘキサン溶液基準)が0.08ミリモル/リットルになるよう供給した。それと共に、精製n−ヘキサンを60L/時間の速度で重合器に供給し、また、モノマーであるエチレンを12kg/時間の速度で、分子量調節剤として水素を気相濃度が20モル%になるように、同時に重合器に供給して重合を行った。得られた重合器内のポリマーを乾燥して、パウダー状のポリエチレン樹脂組成物(Bc−1)を得た。そのポリエチレン樹脂組成物(Bc−1)のMFRは1.8g/10分、密度は966kg/m3であった。
[製造例2]
(1)チタン触媒(IV)の合成
充分に窒素置換された15リットルの反応器に、トリクロルシランを濃度2モル/リットルのn−ヘプタン溶液として3リットル仕込み、攪拌しながら65℃に保持した。そこに、組成式AlMg6(C253(n−C496.4(On−C495.6で表される有機マグネシウム成分のn−ヘプタン溶液7リットル(マグネシウム換算で5モル)を、1時間かけて添加し、更に65℃にて1時間攪拌して反応させた。反応終了後、反応生成物から上澄み液を除去し、n−ヘキサン7リットルで4回洗浄し、固体を含むスラリーを得た。この固体を含むスラリーを分離・乾燥して分析した結果、固体1グラム当たり、Mg7.45ミリモルを含有していた。
このうち、固体500gを含むスラリーを、n−ブチルアルコール1モル/リットルのn−ヘキサン溶液0.93リットルと混合し、攪拌下、50℃でそれらを1時間反応させた。反応終了後、反応生成物から上澄みを除去し、7リットルのn−ヘキサンで1回洗浄した。こうして得られたスラリーを50℃に保持し、そこにジエチルアルミニウムクロリド1モル/リットルのn−ヘキサン溶液1.3リットルを攪拌しながら添加して、更に1時間反応させた。反応終了後、その反応生成物から上澄みを除去し、7リットルのn−ヘキサンで2回洗浄した。得られたスラリーを50℃に保持し、ジエチルアルミニウムクロリド1モル/リットルのn−ヘキサン溶液0.2リットルと四塩化チタン1モル/リットルのn−ヘキサン溶液0.2リットルとを添加して、更に2時間反応させた。反応終了後、反応生成物から上澄みを除去し、固体触媒を単離し、その固体触媒を遊離のハロゲンが検出されなくなるまでヘキサンで洗浄した。こうして得られた固体触媒であるチタン触媒(IV)は2.3質量%のチタンを有していた。
(2)ポリエチレン樹脂組成物(Cc−1)の重合
最初に1段目の重合で反応容積300リットルのステンレス製重合器1を用い、重合温度83℃、重合圧力1MPaの条件で重合し、低分子量ポリマー成分を得た。触媒として、上記チタン触媒(IV)をTi原子換算で1.4ミリモル/時間、トリイソブチルアルミニウムをAl原子換算で20ミリモル/時間の速度で重合器1に供給した。また、n−ヘキサンを40リットル/時間の速度で反応器1に導入した。分子量調整剤として水素を用い、モノマーであるエチレンと水素とを、水素の気相濃度が38モル%になるように供給して重合を行った。得られた重合器1内の低分子量ポリマー成分を含むポリマースラリー溶液を、圧力0.1MPa、温度75℃のフラッシュドラムに導き、未反応のエチレン、水素を分離した後、反応容積250リットルの重合器2にスラリーポンプで昇圧して導入した。その重合器2では、温度83℃、圧力0.5MPaの条件下で、トリイソブチルアルミニウムを7.5ミリモル/時間、n−ヘキサンを40リットル/時間の速度で導入した。これに、モノマーであるエチレンと、分子量調整剤である水素とブテン−1とを、水素の気相濃度が6.8モル%、ブテンの気相濃度が1.0モル%になるように導入した。こうして、重合器1で生成した低分子量ポリマー成分に対する、重合器2で生成した高分子量ポリマー成分の質量比(高分子量ポリマー成分)/(低分子量ポリマー成分)が、50/50となるように高分子量ポリマー成分を重合し、更に乾燥して、MFRが1.3g/10分、密度が962kg/m3のパウダー状のポリエチレン樹脂組成物(Cc−1)を製造した。なお、重合器1で生成した低分子量ポリマー成分のMFRは、30g/10分、密度は967kg/m3であった。
[実施例1]
上記の如くして製造したポリエチレン樹脂組成物(Bc−1)及びポリエチレン樹脂組成物(Cc−1)のパウダーをそれらの質量基準で、(Bc−1)/(Cc−1)=50/50の混合比で混合し、次いで、この混合物にステアリン酸カルシウムを60ppmの濃度になるよう添加し、混合機で攪拌混合した。得られた混合物を、シリンダー径44mmの二軸押出機(日本製鋼所社製、商品名「TEX44HCT−49PW−7V」)を用い、シリンダー温度180℃、押出量45kg/時間の条件で混練しながら押し出し、ポリエチレン樹脂組成物(Ac−1)を得た。得られたポリエチレン樹脂組成物(Ac−1)について、MFR、密度、ηe/ηs、Mw/Mnを測定した。その結果を表1に示す。
ポリエチレン樹脂組成物(Ac−1)を、口径20mm、L/D=30の180℃に設定した単軸押出機にフィーダーを介して投入し、押出機先端に設置したリップ厚5.0mmのTダイから押し出した。押し出した後の溶融したポリエチレン樹脂組成物(Ac−1)に直ちに25℃の冷風を当て、次いで、95℃に冷却したキャストロールでドロー比300、巻き取り速度10m/分の条件で巻き取り、原反フィルム(Af−1)を得た。原反フィルム(Af−1)のフィッシュアイ個数は72個であり、熱処理後の弾性回復率は70%であった。
得られた原反フィルム(Af−1)を芯体上に巻き取った状態で、125℃の温度で3時間アニールした後、25℃まで冷却し、25℃の温度でMD方向に1.5倍に一軸延伸(冷延伸工程)し、続いて、115℃の温度でMD方向に2.5倍に一軸延伸(熱延伸工程)し、更に、125℃の温度で0.9倍に緩和させて熱固定を施し、微多孔性フィルムを得た。
得られた微多孔性フィルムについて、膜厚、気孔率、透気度を測定した。その結果を表1に示す。
[実施例2]
ポリエチレン樹脂組成物(Bc−1)とポリエチレン樹脂組成物(Cc−1)との混合比を(Bc−1)/(Cc−1)=50/50から80/20に変更した以外は実施例1と同様にして、原反フィルム(Af−2)を得た。次いで、原反フィルム(Af−1)に代えて原反フィルム(Af−2)を用いた以外は実施例1と同様にして、微多孔性フィルムを得た。
得られた原反フィルム(Af−2)について、フィッシュアイ個数と熱処理後の弾性回復率を、微多孔性フィルムについて、膜厚、気孔率、透気度を測定した。その結果を表1に示す。
[実施例3]
ポリエチレン樹脂組成物(Bc−1)とポリエチレン樹脂組成物(Cc−1)との混合比を(Bc−1)/(Cc−1)=50/50から10/90に変更した以外は実施例1と同様にして、原反フィルム(Af−3)を得た。次いで、原反フィルム(Af−1)に代えて原反フィルム(Af−3)を用いた以外は実施例1と同様にして、微多孔性フィルムを得た。
得られた原反フィルム(Af−3)について、フィッシュアイ個数と熱処理後の弾性回復率を、微多孔性フィルムについて、膜厚、気孔率、透気度を測定した。その結果を表1に示す。
[実施例4]
ポリエチレン樹脂組成物(Ac−1)に代えて市販のポリエチレン樹脂組成物(Ac−4)を用いた以外は実施例1と同様にして、原反フィルム(Af−4)を得た。なお、ポリエチレン樹脂組成物(Ac−4)として、MFRが0.3g/10分、密度が961kg/m3、ηe/ηsが47であるポリエチレン樹脂組成物を用いた。次いで、原反フィルム(Af−1)に代えて原反フィルム(Af−4)を用いた以外は実施例1と同様にして、微多孔性フィルムを得た。
得られた原反フィルム(Af−4)について、フィッシュアイ個数と熱処理後の弾性回復率を、微多孔性フィルムについて、膜厚、気孔率、透気度を測定した。その結果を表1に示す。
[実施例5]
ポリエチレン樹脂組成物(Ac−1)に代えて市販のポリエチレン樹脂組成物(Ac−5)を用いた以外は実施例1と同様にして、原反フィルム(Af−5)を得た。なお、ポリエチレン樹脂組成物(Ac−5)として、MFRが1.3g/10分、密度が964kg/m3、ηe/ηsが37であるポリエチレン樹脂組成物を用いた。次いで、原反フィルム(Af−1)に代えて原反フィルム(Af−5)を用いた以外は実施例1と同様にして、微多孔性フィルムを得た。
得られた原反フィルム(Af−5)について、フィッシュアイ個数と熱処理後の弾性回復率を、微多孔性フィルムについて、膜厚、気孔率、透気度を測定した。その結果を表1に示す。
[比較例1]
ポリエチレン樹脂組成物(Bc−1)とポリエチレン樹脂組成物(Cc−1)との混合比を(Bc−1)/(Cc−1)=50/50から0/100に変更した以外は実施例1と同様にして、原反フィルム(Af−6)を得た。次いで、原反フィルム(Af−1)に代えて原反フィルム(Af−6)を用いた以外は実施例1と同様にして、微多孔性フィルムを得た。
得られた原反フィルム(Af−6)について、フィッシュアイ個数と熱処理後の弾性回復率を、微多孔性フィルムについて、膜厚、気孔率、透気度を測定した。その結果を表1に示す。
[比較例2]
ポリエチレン樹脂組成物(Bc−1)とポリエチレン樹脂組成物(Cc−1)との混合比を(Bc−1)/(Cc−1)=50/50から100/0に変更した以外は実施例1と同様にして、微多孔性フィルムの製造を試みた。しかしながら、溶融樹脂が破断しやすく、原反フィルムの成形ができなかった。
[比較例3]
ポリエチレン樹脂組成物(Ac−1)に代えて市販のポリエチレン樹脂組成物(Ac−8)を用いた以外は実施例1と同様にして、原反フィルム(Af−8)を得た。なお、ポリエチレン樹脂組成物(Ac−8)として、MFRが1.0g/10分、密度が961kg/m3、ηe/ηsが13であるポリエチレン樹脂組成物を用いた。次いで、原反フィルム(Af−1)に代えて原反フィルム(Af−8)を用いた以外は実施例1と同様にして、微多孔性フィルムを得た。
得られた原反フィルム(Af−8)について、フィッシュアイ個数と熱処理後の弾性回復率を、微多孔性フィルムについて、膜厚、気孔率、透気度を測定した。その結果を表1に示す。
[比較例4]
ポリエチレン樹脂組成物(Ac−1)に代えて特許文献2に例示されているポリエチレン樹脂組成物(プライムポリマー製、商品名「ハイゼックス2208J」)を用いた以外は実施例1と同様にして、原反フィルム(Af−9)を得た。次いで、原反フィルム(Af−1)に代えて原反フィルム(Af−9)を用いた以外は実施例1と同様にして、微多孔性フィルムを得た。
得られた原反フィルム(Af−9)について、フィッシュアイ個数と熱処理後の弾性回復率を、微多孔性フィルムについて、膜厚、気孔率、透気度を測定した。その結果を表1に示す。
Figure 2010209135
本発明の製造方法により製造された実施例1〜5の微多孔性フィルムは、いずれも、極めて良好な透気性(低い透気度)を示した。
これに対し、比ηe/ηsが15よりも小さいポリエチレン樹脂組成物を用いた比較例1、比較例3は透気性が不十分であった。また、比ηe/ηsが100を超える比較例2は、原反フィルムの成形が困難であり、微多孔性フィルムを得ることができなかった。
本発明の製造方法により製造された微多孔性フィルムは、電池用セパレータ、より具体的には、リチウム二次電池用セパレータとしての産業上利用可能性を有する。

Claims (5)

  1. ポリエチレン樹脂を含有し、剪断粘度ηsに対する伸張粘度ηeの比ηe/ηsが15〜100であるポリエチレン樹脂組成物からなるフィルムを、少なくとも一方向に1.05倍〜2.0倍に冷延伸する冷延伸工程と、
    前記冷延伸工程において冷延伸されたフィルムを、少なくとも一方向に1.05倍〜5.0倍に熱延伸する熱延伸工程と、
    を有する微多孔性フィルムの製造方法。
  2. 前記冷延伸工程における温度が−20℃以上70℃以下であり、かつ、前記熱延伸工程における温度が90℃以上130℃未満である、請求項1に記載の微多孔性フィルムの製造方法。
  3. 前記ポリエチレン樹脂の炭素原子10000個当たりの末端ビニル基数が3.0個以下である、請求項1又は2に記載の微多孔性フィルムの製造方法。
  4. 請求項1〜3のいずれか1項に記載の微多孔性フィルムの製造方法により製造された微多孔性フィルム。
  5. 請求項4に記載の微多孔性フィルムを備える電池用セパレータ。
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