JP2016510267A - 電気化学的安定性に優れた複合微多孔膜及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
90°≦初期の接触角
70°≦30秒後の接触角
本発明において、前記複合微多孔膜は、含水量が250ppm/μm以下であり、130℃で縦方向及び横方向の収縮率が5%以下であり、ガス透過度(Gurley)が50〜1000secであることができる。
厚さに対する精度が0.1μmである接触方式の厚さ測定器としてTESA-μHITE製品を使用した。
微多孔膜の表面に塗布層が形成された場合、塗布前の微多孔膜の厚さと塗布後の厚さを測定し、その厚さの差から塗布層の乾燥後の塗布厚さを計算した。また、ミクロトームにより断面を切断し、電子顕微鏡を使用して断面を観察、厚さを測定した。
レーザ回折分析を用いて、サイズが0.02〜2、000μmである粒子を分析することができるマイクロトラック(Microtrac)社製のS3500を使用して粒度分析を行った。必要に応じて、フィルム表面の電子顕微鏡写真を用いて測定した。
ガス透過度は、気孔測定器(トーヨーセイキ(Toyoseiki)社製、Gurley densometer)で測定された。所定の体積(100ml)のガスが所定の圧力(約1〜2psig)で所定の面積(1in2)を通過することにかかる時間(超:sec)を測定した。
a.微多孔膜は、130℃のオーブンで1時間自由に収縮されるように放置して測定し、縦方向及び横方向の収縮を測定して収縮率を%で計算した。
収縮率(%)=(加熱前の初期の長さ−加熱後の変形された長さ)×100/加熱前の初期の長さ
インストロン(INSTRON)社製のUTM3345を使用してプレートの間に3Mの両面テープを付着し、複合微多孔膜をプレートの間に入れて下側のテープに接着させ、テープが付着されている上部のプレートを調節して塗布層を付着させた後、250mm/minの速度で上部のプレートを引っ張って測定した。
接着力[kgf/cm2]=測定値/上板に適用されたテープの面積[cm2]
a.測定試料:乾燥及びエイジング工程を経た試料を25℃、80%の湿度条件で24時間以上放置した後、露点温度が−30℃以下であるドライルーム(Dry room)に30分間放置して表面に吸着された水分を除去した後、測定用バイアルに0.5gの試料を投入した。
塗布層が形成された複合微多孔膜を5mg〜30mg使用し、元素分析装置であるNSX-2100を使用して窒素含有量を測定した。測定条件は、Inlet温度900℃、Outlet温度1000℃、Ar流量300mL/min、O2流量300mL/min、測定時間800sであり、各サンプルを3回測定し、その平均値を使用した。
高分子の分子量は、ポリマー ラボラトリー(Polymer Laboratory)社製の高温ゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)を用いて、1,2,4‐トリクロロベンゼン(TCB)を溶媒とし140℃で測定し、分子量測定の標準試料としてはポリスチレンを用いた。
1)微多孔膜の製造
重量平均分子量が3.8×105g/moleである高密度ポリエチレン35重量%と、ジブチルフタレートと40℃での動粘度が160cStであるパラフィンオイルを1:1の重量比で混合した希釈剤65重量%とを混合した。前記組成物をT-ダイが装着された二軸コンパウンダを用いて245℃で押出し、175℃に設定された区間を通過して単相として存在するポリエチレンと希釈剤の相分離を誘発し、キャスティングロールを用いてシートを製造した。逐次二軸延伸機を使用して製造されたシートを縦方向及び横方向に127℃の延伸温度でそれぞれ7.0倍延伸し、延伸後の熱固定温度は130℃であり、熱固定幅は、予熱区間で1倍、熱延伸区間で1.3倍、最終熱固定(heat setting)区間で1.2倍に製造された。製造されたポリエチレン微多孔膜の最終厚さは9μm、ガス透過度(Gurley)は120secである。
マレイン酸無水物基を含むイソブチレン共重合体(クラレ(KURARAY)社製、ISOBAM10)2.0重量%をイオン交換水と高分子重量の15wt%に該当するアンモニアをともに使用して窒素で充填された攪拌機に投入し、90℃に加熱して8時間攪拌した。0.45μmのフィルタを使用して異物を除去し、水溶性高分子組成物を製造した。製造された水溶性高分子組成物に平均粒度が0.5μmであるアルミナを添加し、ビーズミルを用いて12時間ミリングをした。次に、Tgが−52℃であるアクリル系ラテックス(ゼオン(Zeon)社製、AX-9050)を追加して、最終水溶性高分子組成物を製造した。このときに使用された材料の体積比は、マレイン酸無水物基を含むイソブチレン共重合体(高分子の固形分含有量基準)が4容積%、アルミナが90容積%、アクリル系のラテックスが6容積%である。
前記ポリオレフィン系微多孔膜の片面にプラズマ処理を施した後、前記製造方法で製造された水溶性高分子組成物をダイコーティング方法で塗布した後、60℃のコンベクションオーブンで水を除去した。乾燥及びエイジング工程により120℃のオーブンで残留物及びアンモニアを除去し、最終的に乾燥塗布厚さが3μmであるコーティング層を有する複合微多孔膜を製造した。
1)水溶性高分子組成物の製造
マレイン酸無水物基を含むイソブチレン共重合体としてアミドアンモニウム塩を含むマレイン酸塩形態の高分子(クラレ(KURARAY)社製、ISOBAM104)1.0重量%をイオン交換水に混合し、窒素で充填された攪拌機を使用して常温で8時間攪拌し、0.45μmのフィルタを使用して異物を除去し、水溶性高分子組成物を製造した。製造された水溶性高分子組成物に平均粒度が0.8μmであるベーマイト(AlOOH)を混合し、ビーズミルを12時間程度使用した。次に、けん化度が99%であるポリビニルアルコール(KURARAY社製、PVA‐117)を追加して窒素が充填された攪拌機を97℃に加熱して8時間攪拌し、最終に常温に冷却して、最終水溶性高分子組成物を製造した。このときに使用された材料の体積比は、マレイン酸無水物基を含むイソブチレン共重合体が10容積%、ベーマイトが85容積%、ポリビニルアルコールが5容積%である。
実施例1と同様なポリオレフィン系微多孔膜の両面をプラズマ処理を施した後、前記製造方法で製造された水溶性高分子組成物をディップコーティング方法で塗布した後、60℃のオーブンで水を除去した。乾燥及びエイジング工程により115℃の赤外線(IR)オーブンで残留物及びアンモニアを除去し、最終的に乾燥塗布厚さが各面あたりに1.5μmで、計3μmであるコーティング層を有する複合微多孔膜を製造した。
1)水溶性高分子組成物の製造
マレイン酸無水物基を含むイソブチレン共重合体としてアミドアンモニウム塩形態の高分子(クラレ(KURARAY)社製、ISOBAM104)2.5重量%をイオン交換水に混合し、窒素で充填された攪拌機を使用して常温で8時間攪拌し、0.45μmのフィルタを使用して異物を除去し、水溶性高分子組成物を製造した。製造された水溶性高分子組成物に平均粒度が0.8μmである水酸化アルミニウム(Al(OH)3)を混合し、ビーズミルを12時間程度使用した。このときに使用された材料の体積比は、マレイン酸無水物基を含むイソブチレン共重合体(高分子の固形分含有量基準)が10容積%、アルミナ水和物が90容積%である。
実施例1のポリオレフィン系微多孔膜の片面にプラズマ処理を施した後、前記製造方法で製造された水溶性高分子組成物をダイコーティング方法で塗布した後、60℃のコンベクションオーブンで水を除去した。乾燥及びエイジング工程により110℃の真空オーブンで残留物及びアンモニアを除去し、最終的に乾燥塗布厚さが3μmであるコーティング層を有する複合微多孔膜を製造した。
1)水溶性高分子組成物の製造
マレイン酸無水物基を含むイソブチレン共重合体(クラレ(KURARAY)社製、ISOBAM04)2.0重量%をイオン交換水と高分子重量の20wt%に該当するアンモニアをともに使用して、窒素で充填された攪拌機に投入し、90℃に加熱して8時間攪拌した。0.45μmのフィルタを使用して異物を除去して水溶性高分子組成物を製造した。製造された水溶性高分子組成物に平均粒度が0.8μmであるベーマイトを添加し、ビーズミルを用いて12時間ミリングをした。次に、Tgが−52℃であるアクリル系ラテックス(ゼオン(Zeon)社製、AX-9050)を追加して、最終水溶性高分子組成物を製造した。このときに使用された材料の体積比は、マレイン酸無水物基を含むイソブチレン共重合体(高分子の固形分含有量基準)が9.5容積%、ベーマイトが80容積%、アクリル系のラテックスが10.5容積%である。
前記ポリオレフィン系微多孔膜の片面にプラズマ処理を施した後、前記製造方法で製造された水溶性高分子組成物をマイクログラビアコーティング方法で塗布した後、60℃のコンベクションオーブンで水を除去した。乾燥及びエイジング工程により120℃のオーブンで残留物及びアンモニアを除去し、最終的に乾燥塗布厚さが2.5μmであるコーティング層を有する複合微多孔膜を製造した。
1)水溶性高分子組成物の製造
マレイン酸無水物基を含むイソブチレン共重合体としてアミドアンモニウム塩形態の高分子(クラレ(KURARAY)社製、ISOBAM110)1.5重量%をイオン交換水に混合し、窒素で充填された攪拌機を使用して常温で8時間攪拌し、0.45μmのフィルタを使用して異物を除去し、水溶性高分子組成物を製造した。製造された水溶性高分子組成物に平均粒度が0.8μmであるアルミナ水和物を混合し、ビーズミルを12時間程度使用した。次に、Tgが−52℃であるアクリル系ラテックス(ゼオン(Zeon)社製、AX-9050)を追加して、最終水溶性高分子組成物を製造した。このときに使用された材料の体積比は、マレイン酸無水物基を含むイソブチレン共重合体(高分子の固形分含有量基準)が2容積%、アルミナ水和物が94容積%、アクリル系のラテックスが4容積%である。
前記ポリオレフィン系微多孔膜の片面にプラズマ処理を施した後、前記製造方法で製造された水溶性高分子組成物をバーコーティング方法で塗布した後、60℃のコンベクションオーブンで水を除去した。乾燥及びエイジング工程により120℃のオーブンで残留物及びアンモニアを除去し、最終的に乾燥塗布厚さが1.5μmであるコーティング層を有する複合微多孔膜を製造した。
1)非水溶性高分子組成物の製造
アルケマ(Arkema)社製のPVDF‐HFP(Grade:LBG)5.0重量%をアセトン95重量%を使用して、窒素で充填された攪拌機を用いて40℃に加熱して5時間攪拌し、0.45μmのフィルタを使用して異物を除去し、非水溶性高分子組成物を製造した。製造された非水溶性高分子組成物に平均粒度が0.6μmであるアルミナを混合し、ビーズミルを12時間程度使用した。このときに使用された材料の体積比は、高分子が13容積%、アルミナが87容積%である。
実施例1のポリオレフィン系微多孔膜の両面に前記製造方法で製造された非水溶性高分子組成物をディップコーティング方法で塗布した後、60℃のコンベクションオーブンでアセトンを除去した。乾燥及びエイジング工程により80℃の真空オーブンで残留溶媒を除去し、最終的に乾燥塗布厚さが2.0/2.0μmであるコーティング層を有する複合微多孔膜を製造した。
1)水溶性高分子組成物の製造
平均粒度が0.5μmであるアルミナ99重量%に分散剤(BYD社製、DISPERBYK-180)1重量%を使用してイオン交換水で攪拌し、ビーズミルを12時間程度使用して溶液を製造した。製造された溶液にポリビニルアルコール(クラレ(KURARAY)社製、117)2.0重量%を混合し、窒素で充填された攪拌機を使用して97℃に加熱し、10時間攪拌して5μmのフィルタを使用し、異物を除去した。製造された水溶性高分子組成物にTgが−52℃であるアクリル系ラテックス(ゼオン(Zeon)社製、AX-9050)を追加して、最終水溶性高分子組成物を製造した。このときに使用された材料の体積比は、高分子が3.8容積%、アルミナが89.7容積%、分散剤が1.2容積%、アクリル系のラテックスが5.3容積%である。
実施例1のポリオレフィン系微多孔膜の片面にプラズマ処理を施した後、前記製造方法で製造された水溶性高分子組成物をダイコーティング方法で塗布した後、60℃のコンベクションオーブンで水を除去した。乾燥及びエイジング工程により120℃のオーブンで残留溶媒を除去し、最終的に乾燥塗布厚さが3μmであるコーティング層を有する複合微多孔膜を製造した。
1)水溶性高分子組成物の製造
カルボキシメチルセルロース(ダイセル(Daicel)社製、1220)1.0重量%をイオン交換水に混合し、窒素で充填された攪拌機を使用して10時間攪拌し、3.0μmのフィルタを使用して異物を除去した後、イオン交換水を添加して水溶性高分子組成物を製造した。製造された水溶性高分子組成物に平均粒度が0.8μmであるベーマイトを添加し、ビーズミルを12時間程度使用した。次に、Tgが−52℃であるアクリル系ラテックス(ゼオン(Zeon)社製、AX-9050)を追加して、最終水溶性高分子組成物を製造した。このときに使用された材料の体積比は、高分子が4容積%、ベーマイトが85容積%、アクリル系のラテックスが11容積%である。
実施例1のポリオレフィン系微多孔膜の両面にプラズマ処理を施した後、前記製造方法で製造された水溶性高分子組成物をディップコーティング方法で塗布した後、60℃のコンベクションオーブンで水を除去した。乾燥及びエイジング工程により120℃のオーブンで残留溶媒を除去し、最終的に乾燥塗布厚さが4μmである(2μm/2μm)コーティング層を有する複合微多孔膜を製造した。
比較例3において、撥水性を向上させるためにフルオロコーティングをさらに行ったが、このときに使用されたフルオロコーティング溶液として、3M社製のEGC‐1700と3M社製のHFE-7100を使用して希釈液を製造した。製造されたフルオロコーティング溶液の割合は、EGC-1700:HFE-7100=5:1の重量比であり、比較例3で製造された複合微多孔膜を製造されたフルオロコーティング溶液に1分間浸漬して取り出した後、60℃のコンベクションオーブンで乾燥した。
実施例1と同様に製造したが、エイジング工程を省略した。
実施例1でアンモニアの代わりにNaOHを30wt%使用した以外は、同様に製造した。最終的に乾燥塗布厚さが3.0μmであるコーティング層を有する複合微多孔膜を製造した。
Claims (16)
- 微多孔膜の片面又は両面に、マレイン酸無水物基を含む高分子を含んで形成された塗布層を含む、複合微多孔膜。
- 前記マレイン酸無水物基を含む高分子は、イソブチレン、エチレン、メチルビニルエーテル、スチレン、及びオクタデセンから選択されるいずれか一つ又は二つ以上の単量体と、マレイン酸無水物との共重合体である、請求項1に記載の複合微多孔膜。
- 前記マレイン酸無水物基を含む高分子は、アルカリ成分の存在下で水に溶解されるものである、請求項1又は2に記載の複合微多孔膜。
- 前記アルカリ成分は、アンモニアである、請求項3に記載の複合微多孔膜。
- 前記アルカリ成分は、マレイン酸無水物基を含む高分子を水に溶解するために使用され、乾燥及びエイジング後に除去されるものである、請求項3に記載の複合微多孔膜。
- 前記塗布層は、高分子単独からなるか、高分子と、無機粒子、有機粒子、又は前記無機粒子と有機粒子との混合粒子を含んでなる、請求項1又は2に記載の複合微多孔膜。
- 前記無機粒子は、アルミナ、水酸化アルミニウム、シリカ(Silica)、酸化チタンバリウム、酸化マグネシウム、水酸化マグネシウム、粘土、酸化チタン、ガラス粉末、ベーマイトから選択されるいずれか一つ又は二つ以上であり、
前記有機粒子は、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリウレタン、ポリメチルペンテン(PMP)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリカーボネート(PC)、ポリエステル、ポリビニルアルコール(PVA)、ポリアクリロニトリル(PAN)、ポリメチレンオキシド(PMO)、ポリメタクリル酸メチル(PMMA)、ポリエチレンオキシド(PEO)、ポリアミド(PA)、ポリアミドイミド(PAI)、ポリスルホン(PS)、ポリエチルスルホン(PES)、ポリアリレート(PAR)、ポリイミド(PI)、ポリアラミド(PA)、セルロース及びこれらの共重合体から選択されるいずれか一つ又は二つ以上である、請求項6に記載の複合微多孔膜。 - 前記無機粒子及び有機粒子は、平均粒径が0.1〜5μmである、請求項7に記載の複合微多孔膜。
- 前記塗布層は、Tgが0℃以下である高分子;又はポリビニルアルコール(PVA)、ポリアクリル酸(PAA)、ポリビニルピロリドン(PVP)、ポリアクリルアミド(PAAm)、ポリビニルアセトアミド(PNVA)、カルボキシメチルセルロース(CMC)、ポリエチレンオキシド(PEO)及びこれらの共重合体から選択される水溶性高分子;をさらに含む、請求項6に記載の複合微多孔膜。
- 前記塗布層は、乾燥後の塗布厚さが1〜10μmであり、接着力が0.5Kgf/cm2以上である、請求項1に記載の複合微多孔膜。
- 前記塗布層の接触角が下記式1を満たす、請求項10に記載の複合微多孔膜。
[式1]
90°≦初期の接触角
70°≦30秒後の接触角 - 含水量が250ppm/μm以下であり、130℃で縦方向及び横方向の収縮率が5%以下であり、ガス透過度(Gurley)が50〜1000secである、請求項1に記載の複合微多孔膜。
- a)イソブチレン、エチレン、メチルビニルエーテル、スチレン、オクタデセンから選択されるいずれか一つ又は二つ以上の単量体と、マレイン酸無水物との共重合体を、アルカリ成分の存在下で水に溶解して、水溶性高分子組成物を製造する段階と、
b)微多孔膜の片面又は両面に前記水溶性高分子組成物を塗布し、一次乾燥を行って、塗布層を形成する段階と、
c)前記塗布層に対して二次乾燥及びエイジングを行って、アルカリ成分を除去する段階と、を含む、複合微多孔膜の製造方法。 - 前記a)段階において、アルカリ成分は、アンモニアである、請求項13に記載の複合微多孔膜の製造方法。
- 前記a)段階において、水溶性高分子組成物を製造する際に、無機粒子、有機粒子、又は前記無機粒子と有機粒子との混合粒子をさらに添加する、請求項13に記載の複合微多孔膜の製造方法。
- 前記a)段階において、水溶性高分子組成物を製造する際に、Tgが0℃以下である高分子;又はポリビニルアルコール(PVA)、ポリアクリル酸(PAA)、ポリビニルピロリドン(PVP)、ポリアクリルアミド(PAAm)、ポリビニルアセトアミド(PNVA)、カルボキシメチルセルロース(CMC)、ポリエチレンオキシド(PEO)及びこれらの共重合体から選択される水溶性高分子;をさらに添加する、請求項13から15のいずれか1項に記載の複合微多孔膜の製造方法。
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