JP2012167233A - 微多孔性フィルムの製造方法及び電池用セパレータ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】(A)ポリプロピレン樹脂組成物を、溶融状態で、ドロー比2〜500で引き取りフィルムを得る工程、(B)前記工程(A)で得たフィルムを100℃以上160℃以下の温度で熱処理する工程、(C)前記工程(B)で得たフィルムを−20℃以上90℃未満の温度で延伸する冷延伸工程、(D)前記工程(C)で得たフィルムを90℃以上160℃未満の温度で延伸する熱延伸工程を含み、ポリプロピレン樹脂組成物が、MFRが0.1以上4.0未満であるポリプロピレン樹脂を70〜30質量部と、MFRが4.0以上10.0以下であり、アイソタクチシチーが95%を超えるポリプロピレン樹脂30〜70質量部とを、合計で100質量部となるように含有する、微多孔性フィルムの製造方法。
【選択図】なし
Description
乾式法を用いて微多孔性フィルムを製造する方法は、熱処理(アニール)された原反フィルムを初期に冷延伸し、連続的に高温延伸する工程を含む。一般にこのような工程は、高い結晶化度及び弾性を有する原反フィルムを冷延伸工程を経て、連続的に高温延伸することによって、微多孔性フィルムを形成した後、熱固定によって膜形成を完成する一連の工程を含む。
本発明は、このような問題点を考慮したものであって、その目的は、高い気孔密度及び多孔性を有する微多孔性フィルムを効率よく生産することが可能な、微多孔性フィルムの製造方法を提供することにある。
[1]
以下の(A)〜(D)の各工程、
(A)ポリプロピレン樹脂組成物を、溶融状態で、ドロー比2〜500で引き取りフィルムを得る工程、
(B)前記工程(A)で得たフィルムを100℃以上160℃以下の温度で熱処理する工程、
(C)前記工程(B)で得たフィルムを−20℃以上90℃未満の温度で延伸する冷延伸工程、
(D)前記工程(C)で得たフィルムを90℃以上160℃未満の温度で延伸する熱延伸工程、を含み、
前記ポリプロピレン樹脂組成物が、MFRが0.1以上4.0未満であるポリプロピレン樹脂を70〜30質量部と、MFRが4.0以上10.0以下であり、アイソタクチシチーが95%を超えるポリプロピレン樹脂30〜70質量部とを、合計で100質量部となるように含有する、微多孔性フィルムの製造方法。
[2]
以下の(E)工程、
(E)前記工程(D)で得たフィルムを100℃以上160℃未満の温度で熱固定する熱固定工程、
を更に含む[1]に記載の製法方法。
[3]
前記ポリプロピレン樹脂組成物の分子量分布が3〜10である[1]又は[2]に記載の製法方法。
[4]
前記ポリプロピレン樹脂組成物の全体のMFRが0.4〜9.0である[1]〜[3]のいずれかに記載の製法方法。
[5]
前記ポリプロピレン樹脂組成物に含まれるポリプロピレンの、全体としてのアイソタクチシチーが92%〜98%である[1]〜[4]のいずれかに記載の製法方法。
[6]
[1]〜[5]のいずれかに記載の製造方法により得られた微多孔性フィルムを含む電池用セパレータ。
本実施形態の微多孔性フィルムの製造方法は、以下の(A)〜(D)の各工程、
(A)ポリプロピレン樹脂組成物を、溶融状態で、ドロー比2〜500で引き取りフィルムを得る工程、
(B)前記工程(A)で得たフィルムを100℃以上160℃以下の温度で熱処理する工程、
(C)前記工程(B)で得たフィルムを−20℃以上90℃未満の温度で延伸する冷延伸工程、
(D)前記工程(C)で得たフィルムを90℃以上160℃未満の温度で延伸する熱延伸工程、
を含むと共に、前記ポリプロピレン樹脂組成物(以下、「Ac」と略記することがある)が、MFRが0.1以上4.0未満であるポリプロピレン樹脂(以下、「PPa」と略記することがある)を70〜30質量部と、MFRが4.0以上10.0以下であり、アイソタクチシチーが95%を超えるポリプロピレン樹脂(以下、「PPb」と略記することがある)30〜70質量部とを、合計で100質量部となるように含有する。
ここで、本実施形態の微多孔性フィルムの製造方法は、以下の(E)工程、
(E)前記工程(D)で得たフィルムを100℃以上160℃未満の温度で熱固定する熱固定工程、
を更に含むことが好ましい。
また、ポリプロピレン樹脂とは、その原料モノマーの主成分がプロピレンであるポリマーをいう。従って、ホモポリマーであってもコポリマーであってもよい。透気性や破膜温度の観点からは、ホモポリマーが好ましい。ポリプロピレン樹脂の重合触媒にも特に制限はなく、チーグラー・ナッタ系の触媒やメタロセン系の触媒などが挙げられる。
一方、PPbのMFRは、4.0以上、好ましくは4.5以上、より好ましくは5.0以上である。上限としては、10.0以下、好ましくは9.5以下、より好ましくは9.0以下である。
また、PPbのアイソタクチシチーは、95%を超え、好ましくは97%以上、より好ましくは98%以上である。
更に、PPaとPPbとの配合比としては、PPa/PPb(質量比)として70/30〜30/70、より好ましくは70/30〜40/60である。
この要因の詳細は詳らかではないが、せん断流動下では分子鎖が配向され、結晶化が誘起されるため、流動性に富み、結晶成長を早める効果が期待される高アイソタクチシチーの低分子量成分の混合がアニール工程において有効に働き、ポリプロピレン樹脂の結晶配向性が向上し、後段の延伸工程において、結晶間の開列が均一に発生し、透気性が向上するものと考えられる。
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、熱処理時の温度としては、100℃〜160℃、好ましくは120℃〜150℃である。温度を当該範囲に設定することは、後に得られる微多孔性フィルムの透気性を向上させる観点や、フィルム間の融着を防止する観点から好適である。
なお、熱処理時の時間としては、好ましくは10秒間〜100時間、より好ましくは1000秒間以下である。
また、前記(C)工程における延伸倍率は、少なくとも一方向に、好ましくは1.05倍〜5.0倍、より好ましくは1.2倍〜2.0倍である。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る傾向にあるため好ましく、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傾向にあるため好ましい。なお、フィルムの冷延伸は、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。
また、前記(D)工程における延伸倍率は、少なくとも一方向に、好ましくは1.05倍〜5.0倍、より好ましくは1.1倍〜4.5倍、更に好ましくは2.0倍〜4.0倍である。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る傾向にあるため好ましく、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傾向にあるため好ましい。なお、フィルムの冷延伸は、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、MD方向にのみ一軸延伸を行う。
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、等が挙げられる。
微多孔性フィルムの気孔率は20%〜80%であり、より好ましくは30%〜70%、更に好ましくは40%〜60%、特に好ましくは53〜57%である。その気孔率を20%以上に設定することにより、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、前記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、ドロー比を高くしたり、延伸倍率を高くしたりすればよい。
なお、微多孔性フィルムの透気度は、前記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したりすればよい。
なお、上述した各種パラメータについては特に断りの無い限り、後述する実施例における測定方法に準じて測定される。
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の条件下でポリプロピレン樹脂(組成物)のMFRを測定した。その単位はg/10分である。
ポリプロピレン樹脂(組成物)における樹脂のアイソタクチシチーは試料をODCB−dに135〜140℃で半日程度かけて溶解させ、その後一晩室温で放置した後、NMR測定に供し(135℃測定)、13CNMRで確認した。アイソタクチシチー測定は、日本電子製の核磁気共鳴装置装置(商品名「JEOL ECS400」)を用いて行った。核種として13Cを用い、完全デカップリング法にてNMR管5mmφ、測定温度130℃、溶媒ODCB−d、濃度10ww%、積算回数1000回(20hr)、待ち時間5secの条件で行い、CH3ピークの各積分値から求め、触媒規制を仮定した統計計算に従い算出した。厳密な算出方法は「社団法人 日本分析化学会偏 高分子分析ハンドブック 初版 PP13, 200, 205, 212, 286」を参照。
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。
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
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。
ポリプロピ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。
(PP−1) プロピレンホモポリマー、MFR=0.4、アイソタクチシチー=98%
(PP−2) プロピレンホモポリマー、MFR=6.0、アイソタクチシチー=98%
(PP−3) プロピレンホモポリマー、MFR=6.0、アイソタクチシチー=95%
(PP−4) プロピレンホモポリマー、MFR=9.0、アイソタクチシチー=92%
第一原料供給口及び第二原料供給口を有する、口径20mm、L/D=30の単軸押出機を準備した。220℃に設定した単軸押出機に対し、(PP−1)成分70質量部を第一原料供給口から、(PP−2)成分30質量部を第二原料供給口から夫々投入し、押出機先端に設置したリップ厚3.0mmのTダイから樹脂を押し出した。
その後直ちに、溶融した樹脂に25℃の冷風を当て、ドロー比150倍にて95℃に冷却したキャストロールで引き取り、前駆体フィルムを得た(シート成形工程)。この前駆体フィルムを140℃で15分熱処理した。その後、25℃の温度で縦方向に一軸延伸(延伸倍率:1.15倍)して第1の延伸フィルムを得た(冷延伸工程)。その後、第1の延伸フィルムを更に、130℃の温度で同一方向に一軸延伸(延伸倍率:2.5倍、歪速度:2.0/秒)して、第2の延伸フィルムを得た(熱延伸工程)。さらに、第2の延伸フィルムに対して150℃で熱固定を施して(熱固定工程)、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、各種物性を評価した。結果を表1に示す。
下表1に示した条件以外は、実施例1に記載の方法に準じて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、各種物性を評価した。結果を表1に示す。
Claims (6)
- 以下の(A)〜(D)の各工程、
(A)ポリプロピレン樹脂組成物を、溶融状態で、ドロー比2〜500で引き取りフィルムを得る工程、
(B)前記工程(A)で得たフィルムを100℃以上160℃以下の温度で熱処理する工程、
(C)前記工程(B)で得たフィルムを−20℃以上90℃未満の温度で延伸する冷延伸工程、
(D)前記工程(C)で得たフィルムを90℃以上160℃未満の温度で延伸する熱延伸工程、を含み、
前記ポリプロピレン樹脂組成物が、MFRが0.1以上4.0未満であるポリプロピレン樹脂を70〜30質量部と、MFRが4.0以上10.0以下であり、アイソタクチシチーが95%を超えるポリプロピレン樹脂30〜70質量部とを、合計で100質量部となるように含有する、微多孔性フィルムの製造方法。 - 以下の(E)工程、
(E)前記工程(D)で得たフィルムを100℃以上160℃未満の温度で熱固定する熱固定工程、
を更に含む請求項1に記載の製法方法。 - 前記ポリプロピレン樹脂組成物の分子量分布が3〜10である請求項1又は2に記載の製法方法。
- 前記ポリプロピレン樹脂組成物の全体のMFRが0.4〜9.0である請求項1〜3のいずれか1項に記載の製法方法。
- 前記ポリプロピレン樹脂組成物に含まれるポリプロピレン樹脂の全体としてのアイソタクチシチーが92%〜98%である請求項1〜4のいずれか1項に記載の製法方法。
- 請求項1〜5のいずれか1項に記載の製造方法により得られた微多孔性フィルムを含む電池用セパレータ。
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