JP2016143469A - 多層耐熱セパレータ材およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 100℃において10N/mm2で引張したときの伸びが2%以下であるポリオレフィン製微多孔膜からなる基材フィルムの少なくとも片面に無機耐熱層を積層してなる、カール高さが10mm未満である、多層耐熱セパレータ材。上記多層耐熱セパレータ材の製造において、80〜120℃の温度下、かつ、4〜10N/mm2の引張力下で無機耐熱層を乾燥・固化する。
【選択図】 なし
Description
(発明1)100℃において10N/mm2で引張したときの伸びが2%以下であるポリオレフィン製微多孔膜からなる基材フィルムの少なくとも片面に無機耐熱層を積層してなり、上記基材フィルムの厚みが10〜30μm、上記無機耐熱層の1層の厚みが1〜5μmであって、以下の方法(a)により測定したカール高さが10mm未満である、多層耐熱セパレータ材。
カール高さの測定方法(a):多層耐熱セパレータ材から切り出した長さ方向30cm×幅方向20cmの長方形のサンプルを25℃雰囲気下に24時間静置した後、収縮した表面側が上面になるように水平な台に置き、サンプルの四隅の台からの高さ(mm)を測定し、4つの高さ(mm)の平均値(mm)をカール高さ(mm)として算出する。
(発明2)ポリオレフィン製微多孔膜が、ポリオレフィンを冷延伸工程と温延伸工程を含む乾式法により微多孔化して得られるポリオレフィン製微多孔膜である、発明1の多層耐熱セパレータ材。
(発明3)ポリオレフィン製微多孔膜が、MFR(JIS K 6758、230℃、荷重21.18N)が0.1〜1.0g/10分、融点が150〜170℃の、エチレン、炭素数4〜8のα−オレフィンから選ばれる少なくとも1種を含んでよいプロピレン重合体である、発明1または2の多層耐熱セパレータ材。
(発明4)無機耐熱層がアルミナとバインダーを含む、発明1〜3のいずれかの多層耐熱セパレータ材。
(発明5)以下の工程を含む、多層耐熱セパレータ材の製造方法。
(工程1)100℃において10N/mm2で引張したときの伸びが2%以下である、厚みが10〜30μmのポリオレフィン製微多孔膜を製造する工程。
(工程2)工程1で得られたポリオレフィン製微多孔膜からなる基材フィルムの少なくとも片面に、無機耐熱粒子とバインダーとを含む無機耐熱層剤を塗工する工程。
(工程3)工程2で得られたフィルムを、80〜120℃の温度下、かつ、4〜10N/mm2の引張力下で乾燥させて、無機耐熱層剤を乾燥する工程。
(発明6) 工程1で、冷延伸工程と温延伸工程を含む乾式法によってポリオレフィンを微多孔膜化する、発明5の多層耐熱セパレータ材の製造方法。
(発明7) 工程1で、冷延伸工程と温延伸工程を含む乾式法によってMFR(JIS K 6758、230℃、荷重21.18N)が0.1〜1.0g/10分、融点が150〜170℃の、任意にエチレン、炭素数4〜8のα−オレフィンから選ばれる少なくとも1種を含んでよいプロピレン重合体を微多孔膜化する、発明5または6の多層耐熱セパレータ材の製造方法。
(発明8) 工程2でアルミナとバインダーを含む無機耐熱層剤を使用する、発明5〜7のいずれかの多層耐熱セパレータ材の製造方法。
本発明の多層耐熱セパレータ材は、100℃において10N/mm2で引張したときの伸びが2%以下であるポリオレフィン製微多孔膜からなる基材フィルムの少なくとも片面に無機耐熱層を積層してなり、上記基材フィルムの厚みが10〜30μm、上記無機耐熱層の1層の厚みが1〜5μmであって、以下の方法(a)により測定したカール高さが10mm未満である。
カール高さの測定方法(a):多層耐熱セパレータ材から切り出した長さ方向30cm×幅方向20cmの長方形のサンプルを25℃雰囲気下に24時間静置した後、収縮した表面側が上面になるように水平な台に置き、サンプルの四隅の台からの高さ(mm)を測定し、4つの高さ(mm)の平均値(mm)をカール高さ(mm)として算出する。
本発明で用いる基材フィルムはポリオレフィン製微多孔膜である。ポリオレフィンはオレフィン類を主体とするモノマーを重合して得られる重合体である。オレフィン類としては、炭素数2〜10の直鎖状オレフィン類が代表的である。これらと共に、2−メチルプロペン、3−メチル−1−ブテン、4−メチル−1−ペンテンなどの炭素数4〜8の分岐状オレフィン類、スチレン類、ジエン類を併用することができる。代表的なポリオレフィンは、ポリエチレン、ポリプロピレンと称される重合体である。ポリエチレンはエチレン単独重合体かあるいはエチレンと炭素数3〜8のα−オレフィンから選ばれる少なくとも1種を含むコモノマーとを共重合して得られる重合体である。ポリプロピレンは、プロピレン単独重合体か、あるいは、プロピレンと、エチレン及び炭素数4〜8のα−オレフィンから選ばれる少なくとも1種を含むコモノマーとを共重合して得られる重合体である。
本発明で用いる基材フィルムは、上述の伸び条件を満たすポリオレフィン製微多孔膜であれば、いかなるものでもよい。このような基材フィルムとしては、有機溶媒を用いないためコスト面で有利な、いわゆる乾式法によって製造されたポリオレフィン製微多孔膜が好ましい。そのようなポリオレフィン製微多孔膜としては、以下の製膜工程、熱処理工程、冷延伸工程、温延伸工程、弛緩工程を含む乾式法で製造された、空孔率が45%以上の微多孔膜が特に好ましい。
原料を押出成形して原反フィルムを製膜する工程である。原料ポリオレフィンを押出機に供給し、原料ポリオレフィンをその融点以上の温度で溶融混練し、押出機の先端に取り付けたダイスから原料のポリオレフィンからなるフィルムを押出す。使用される押出機は限定されない。押出機としては、例えば、単軸押出機、二軸押出機、タンデム型押出機のいずれもが使用可能である。使用されるダイスはフィルム成形に用いられるものであれば、いずれも使用できる。ダイスとしては、例えば、各種T型ダイス使用することができる。原反フィルムの厚みや形状は特に限定されない。好ましくは、ダイスリップクリアランスと原反フィルム厚さの比(ドラフト比)は100以上、さらに好ましくは150以上である。好ましくは、原反フィルムの厚みは10〜200μm、さらに好ましくは15〜100μmである。
製膜工程を終えた原反フィルムを熱処理する工程である。原料ポリオレフィンの融点よりも5〜65℃、好ましくは10〜25℃低い温度で、原反フィルムに長さ方向の一定の張力を加える。好ましい張力は、原反フィルムの長さが1.0倍を超え1.1倍以下となる大きさである。
熱処理工程を終えた原反フィルムを比較的低い温度で延伸する工程である。延伸温度は−5℃〜45℃、好ましくは5℃〜30℃である。延伸倍率は、長さ方向に1.0〜1.1、好ましくは1.00〜1.08、さらに好ましくは1.02以上1.05未満である。ただし、延伸倍率は1.0倍より大きい。延伸手段は制限されない。ロール延伸法、テンター延伸法などの公知の手段が使用できる。延伸の段数は任意に設定できる。1段延伸でもよく、複数のロールを経て2段以上の延伸を行ってもよい。冷延伸工程で、原反フィルムを構成するポリプロピレン系重合体の分子が配向する。その結果、分子鎖が密なラメラ部と、ラメラ間の分子鎖が疎な領域(クレーズ)とを有する延伸フィルムが得られる。
冷延伸工程を終えた延伸フィルムを比較的高い温度で延伸する工程である。延伸温度はポリプロピレン系重合体の融点よりも5〜65℃低い温度、好ましくは原料ポリオレフィンの融点よりも10〜45℃低い温度である。延伸倍率は、長さ方向に1.5〜4.5倍、好ましくは2.0〜4.0倍である。延伸手段は制限されない。ロール延伸法、テンター延伸法などの公知の手段が使用できる。延伸の段数は任意に設定できる。1段延伸でもよく、複数のロールを経て2段以上の延伸を行ってもよい。温延伸工程で冷延伸工程で生じたクレーズが引き延ばされ、空孔が発生する。
温延伸工程を終えた延伸フィルムの収縮を防ぐためにフィルムを弛緩させる工程である。弛緩温度は、温延伸の温度よりもやや高い温度であり、0〜20℃高い温度が一般的である。弛緩の度合いは、弛緩工程を終えた延伸フィルムの長さが最終的に0.7〜1.0倍になるように調整される。こうして本発明で用いる基材フィルムが完成する。最終的な基材フィルムの厚みは15〜30μm、好ましくは15〜25μmである。
本発明で用いる基材フィルムは、特定の伸び条件を満たす。すなわち、基材フィルムからなる試験片を100℃において引張試験機を用いて10N/mm2で引張したときの伸びが2%以下の範囲にある。伸び(%)は以下の式で求められる。
上記基材フィルムの少なくとも片面に無機耐熱層が形成される。無機耐熱層は、無機耐熱粒子、バインダー、溶媒を含む無機耐熱層剤を基材フィルムに塗布し、塗工液を乾燥・固化させることによって形成される。
本発明の多層耐熱セパレータ材の製造方法は、以下の工程1〜3を含む。
(工程1)
100℃において10N/mm2で引張したときの伸びが2%以下である、厚みが10〜30μmのポリオレフィン製微多孔膜を製造する工程である。ポリオレフィン製微多孔膜の原料とその製造方法は、上述の通りである。
工程1で得られたポリオレフィン製微多孔膜からなる基材フィルムの少なくとも片面に、無機耐熱粒子とバインダーとを含む無機耐熱層剤を塗工する工程である。塗工手段は限定されない。例えば、グラビアコーター、マイクログラビアコーター、ダイコーター、ナイフコーターなど、液状物を平面フィルム状に塗布する手段であればいずれも用いることができる。工程2では、基材フィルムの一つの面に設けられた無機耐熱層剤の厚みが1〜5μm、好ましくは1.5〜4.0μmになるように、無機耐熱層剤を塗工する。
工程2で得られたフィルムを、80〜120℃の温度下、かつ、4〜10N/mm2の引張力下で乾燥させて、無機耐熱層剤を乾燥する工程である。乾燥に伴い、無機耐熱層剤が固化して無機耐熱層を形成する。工程3を終了すると、1層の厚みが1〜5μm、好ましくは1.5〜4μmの無機耐熱層が形成される。こうして本発明の多層耐熱セパレータ材が完成する。
完成した多層耐熱セパレータ材の巻取り工程である。通常、工程3の後に行う。工程3で得られた本発明の多層耐熱セパレータ材はロールに巻き取られて、包装、出荷まで保管される。通常、数十mから数百mの長さのフィルムが1つのロール芯に巻き取られる。
原料として、JIS K6758(230℃、21.18N)に従い測定したメルトマスフローレイト(MFR)が0.5g/10分、融点が165℃のプロピレン重合体を使用した。
(1)単軸押出機で溶融混練した原料をドラフト比206でTダイから押出し、厚さ17μmの原反フィルムを製造した。
(2)次いで、原反フィルムを150℃で熱処理した。
(3)原反フィルムを30℃で長さ方向に1.03倍に冷延伸した。
(4)延伸ヒータ温度を230℃に維持し、工程3得られた延伸フィルムを長さ方向に2.8倍に温延伸した。
(5)得られた延伸フィルムの長さが0.88倍になるように弛緩させた。こうして空孔率が45%を超える微多孔膜が得られた。得られた微多孔フィルムを、基材フィルムAとして後述の実施例、比較例に用いた。
得られた微多孔フィルムから、(フィルム長さ(MD)方向 120mm)x(フィルム幅(TD)方向 10mm)の帯状試験片を5枚切りだした。100℃恒温槽中で島津製作所製引張試験機(オートグラフ AGS−X)を用いて、試験片1枚に引張力を負荷した。引張条件は、初期チャック間距離:50mm、引張速度:50mm/分、引張方向:試験片MD方向、最大引張力:10N/mm2(フィルム断面積あたりの引張力)とした。引張力が10N/mm2になった時点での試験片のMD方向の長さ(MD−max)(mm)と引張前の試験片のMD方向の長さ(120mm)を用いて、以下の式により試験片の伸び(%)を算出した。
伸び(%)=((MD−max)−120)÷120×100
5枚の試験片について上と同じ手順で伸び(%)を求めた。5つの試験片の伸び(%)の平均値を基材フィルムAの伸び(%)として算出した。基材フィルムAの伸びは1.7%であった。
原料として、JIS K6758(230℃、21.18N)に従い測定したメルトマスフローレイト(MFR)が1.5g/10分、融点が158℃のプロピレン重合体を使用した。
(1)単軸押出機で溶融混練した原料をドラフト比205でTダイから押出し、厚さ22μmの原反フィルムを製造した。
(2)次いで、原反フィルムを150℃で熱処理した。
(3)原反フィルムを30℃で長さ方向に1.07倍に冷延伸した。
(4)延伸ヒータ温度を175℃に維持し、得られた延伸フィルムを長さ方向に3.2倍に温延伸した。
(5)得られた延伸フィルムの長さが0.88倍になるように弛緩させた。こうして空孔率が45%を超える微多孔膜が得られた。得られた微多孔フィルムを、比較用基材フィルムBとして後述の比較例に用いた。
基材フィルムAと同じ手順で基材フィルムBの伸びを求めたところ、2.4%であった。
無機耐熱粒子としてAl2O3(日本アエロジル(株)社製 AEROXIDE AluC)、バインダーとしてポリフッ化ビニリデン(アルケマ(株)社製 Kyner HSV 500)を用いた。まず溶媒であるN−メチルピロリドン(NMP)に無機耐熱粒子(重量濃度9%)とバインダー(重量濃度3%)を加え、ディスパーを用いて回転数500rpmにて1時間攪拌を実施した。更に、得られたスラリーを高圧処理装置(吉田機械興業(株)製 Nanovater)を用いて200MPaの処理圧にて1回処理を行い混合、無機耐熱粒子とバインダーが均一に分散した無機耐熱層剤Cを得た。
(工程1)上述の通り、基材フィルムAを製造した。
(工程2)基材フィルムAの片面に無機耐熱層剤Cをグラビアコーターで塗工した。塗工された無機耐熱層剤の厚みは4μmであった。
(工程3)無機耐熱層剤が塗工された基材フィルムに張力4.4N/mm2を与えて温度95℃の乾燥炉中で搬送し、無機耐熱層剤を乾燥・固化した。こうして本発明の方法の多層耐熱セパレータ材が得られた。以下の方法でこの多層耐熱セパレータ材のカール発生を評価した。
工程1〜3の条件、カール発生の評価結果を、表1に示す。
多層耐熱セパレータ材から(長さ(MD)方向30cm)×(幅(TD)方向20cm)の長方形の試験片を切り出した。試験片を25℃雰囲気に24時間静置した。その後、試験片のいずれの面が収縮してカールが発生しているかを目視判定した。収縮した面が上面になるように試験片を水平な台に置き、サンプルの四隅を台から離した。すなわち横から見て試験片が台の上で谷型にカールしている状態とした。4隅それぞれの台からの高さ(mm)を測定した。高さ(mm)は、小数点以下を四捨五入した整数値とした。(例えば一つの隅の台からの高さが0.1mmの場合には、0mmを高さの値とする。)最後に、4つの高さ(mm)の平均値(mm)をカール高さ(mm)として算出した。カール高さが10mm以上の場合には不合格品と判定する。
実施例1の工程1〜3の条件を変更して本発明の多層耐熱セパレータ材を製造した。それぞれの工程1〜3の条件、カール発生の評価結果を、表1に示す。
実施例1の工程1〜3の条件を変更して比較用の多層耐熱セパレータ材を製造した。それぞれの工程1〜3の条件、カール発生の評価結果を、表1に示す。
Claims (8)
- 100℃において10N/mm2で引張したときの伸びが2%以下であるポリオレフィン製微多孔膜からなる基材フィルムの少なくとも片面に無機耐熱層を積層してなり、上記基材フィルムの厚みが10〜30μm、上記無機耐熱層の1層の厚みが1〜5μmであって、以下の方法(a)により測定したカール高さが10mm未満である、多層耐熱セパレータ材。
カール高さの測定方法(a):
多層耐熱セパレータ材から切り出した長さ方向30cm×幅方向20cmの長方形のサンプルを25℃雰囲気下に24時間静置した後、収縮した表面側が上面になるように水平な台に置き、サンプルの四隅の台からの高さ(mm)を測定し、4つの高さ(mm)の平均値(mm)をカール高さ(mm)として算出する。 - ポリオレフィン製微多孔膜が、ポリオレフィンを冷延伸工程と温延伸工程を含む乾式法により微多孔化して得られるポリオレフィン製微多孔膜である、請求項1に記載の多層耐熱セパレータ材。
- ポリオレフィン製微多孔膜が、MFR(JIS K 6758、230℃、荷重21.18N)が0.1〜1.0g/10分、融点が150〜170℃の、エチレン、炭素数4〜8のα−オレフィンから選ばれる少なくとも1種を含んでよいプロピレン重合体である、請求項1または2に記載の多層耐熱セパレータ材。
- 無機耐熱層がアルミナとバインダーを含む、請求項1〜3のいずれか1項に記載の多層耐熱セパレータ材。
- 以下の工程を含む、多層耐熱セパレータ材の製造方法。
(工程1)100℃において10N/mm2で引張したときの伸びが2%以下である、厚みが10〜30μmのポリオレフィン製微多孔膜を製造する工程。
(工程2)工程1で得られたポリオレフィン製微多孔膜からなる基材フィルムの少なくとも片面に、無機耐熱粒子とバインダーとを含む無機耐熱層剤を塗工する工程。
(工程3)工程2で得られたフィルムを、80〜120℃の温度下、かつ、4〜10N/mm2の引張力下で乾燥させて、無機耐熱層剤を乾燥する工程。 - 工程1で、冷延伸工程と温延伸工程を含む乾式法によってポリオレフィンを微多孔膜化する、請求項5に記載の多層耐熱セパレータ材の製造方法。
- 工程1で、冷延伸工程と温延伸工程を含む乾式法によってMFR(JIS K 6758、230℃、荷重21.18N)が0.1〜1.0g/10分、融点が150〜170℃の、任意にエチレン、炭素数4〜8のα−オレフィンから選ばれる少なくとも1種を含んでよいプロピレン重合体を微多孔膜化する、請求項5または6に記載の多層耐熱セパレータ材の製造方法。
- 工程2でアルミナとバインダーを含む無機耐熱層剤を使用する、請求項5〜7のいずれか1項に記載の多層耐熱セパレータ材の製造方法。
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