JP2017087095A - 不織布への塗工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明の課題は、不揮発分を媒体に分散又は溶解させた塗工液を不織布に塗工する不織布への塗工方法において、塗工液の裏抜けに起因するピンホール等の欠陥の発生を回避できる塗工方法を提供することにある。【解決手段】不織布に塗工液を付与した後に、ドライヤーにより塗工液の媒体を乾燥除去する不織布への塗工方法であって、塗工液を付与してからドライヤーまでの搬送ロールとして、小径部と少なくとも２箇所の大径部とを有する搬送ロールを用いることを特徴とする不織布への塗工方法。【選択図】図１

Description

本発明は、不織布への塗工方法に関する。

不揮発分を媒体に分散又は溶解させた塗工液を、不織布に塗工して機能性を付与することが行われている。例えば、リチウムイオン電池用セパレータ、分離膜等の用途では、不揮発分である樹脂、無機粒子、有機粒子等を媒体に分散又は溶解させた塗工液を、不織布に塗工してリチウムイオン電池用セパレータ、分離膜が製造されている。リチウムイオン電池用セパレータとしては、厚さ３０μｍ以下という薄いセパレータが要求される。また、分離膜においても、濾過性能を向上させるために、モジュール内に収める分離膜の量を増やすために、分離膜を薄くすることが求められている。リチウムイオン電池用セパレータ、分離膜等の製品の厚さを薄くするためには、薄い不織布を使用する必要がある。薄い不織布を使用する場合、塗工液の裏抜け、すなわち、塗工液が不織布の反対面に滲み出す現象によって、塗工装置中での搬送が困難になる問題、塗工液の搬送ロールへの付着と不織布への再付着に起因する塗工均一性の低下という問題、ピンホール生成の問題等を生じていた。特に、リチウムイオン電池用セパレータ、分離膜等においては、所望の物質又はイオン以外の物質又はイオンを透過させないことが要求されるため、ピンホールの生成による製品性能の低下が問題になる場合が多い。

塗工液の裏抜け（以下、「塗工液の裏抜け」を「裏抜け」と記す場合がある）に伴うこれら諸問題を解決するために、以下のような技術が提案されている。例えば、不織布と、塗工液を塗工してなる塗工層とを、裏抜けが発生しない、緻密な紙や樹脂フィルムからなる搬送支持体と積層し、乾燥後に搬送支持体を剥離して製品を得る方法が提案されている（例えば、特許文献１〜４参照）。しかし、この方法を用いた場合、使用後の搬送支持体を廃棄することから、コストが高くなるのみならず、大量の廃棄物が生じる等の問題があった。

また、塗工液を付与した後の不織布を特定のロールを用いて搬送することによって、裏抜けに伴う面質の悪化を回避する方法も提案されている（例えば、特許文献５〜７参照）。これらの方法では、ピンホール等の欠点の発生を抑制することはできるものの、その効果は限定的であり、今後求められる欠点の非常に少ない面を得ることは困難である。

特定の物性の不織布を使用する方法（例えば、特許文献８及び９参照）、特定の物性の塗工液を使用する方法（例えば、特許文献１０参照）によって、裏抜けを回避する方法も提案されている。しかし、これらの方法では、不織布や塗工液の選択の幅が狭いために、製品性能やコストの観点から最適な不織布や塗工液が選択できなくなる場合があった。とりわけ、裏抜けが少ない不織布は、必然的に液体や気体の透過性が低い不織布となってしまうため、リチウムイオン電池用セパレータや分離膜と言った、物質やイオンの透過を目的とした製品においては、著しい制約となる場合が多い。

特開２００５−２６８０９６号公報 特開２００５−３０２３４１号公報 特開２０１３−１８６９５８号公報 特開２０１３−２２９１１８号公報 特開２０１４−１９２０２７号公報 特開２０１４−１９２１４７号公報 特開２０１５−８１０９号公報 特開２０１３−１５４３０４号公報 特開２０１３−１５４３４１号公報 特開２０１４−４４８５７号公報

本発明の課題は、不揮発分を媒体に分散又は溶解させた塗工液を不織布に塗工する不織布への塗工方法において、塗工液の裏抜けに起因するピンホール等の欠陥の発生を回避できる塗工方法を提供することにある。

（１）不織布に塗工液を付与した後に、ドライヤーにより塗工液の媒体を乾燥除去する不織布への塗工方法であって、塗工液を付与してからドライヤーまでの搬送ロールとして、小径部と少なくとも２箇所の大径部とを有する搬送ロールを用いることを特徴とする不織布への塗工方法。

（２）不織布の幅の５〜２０％が当該搬送ロールの大径部と接触する（１）記載の不織布への塗工方法。

本発明によれば、不織布への塗工における、裏抜けに起因する欠陥の発生を回避できる。

本発明に用いる、小径部と少なくとも２箇所の大径部とを有する搬送ロールの形状の一例を示した概略図である。 本発明に用いる、小径部と少なくとも２箇所の大径部とを有する搬送ロールの形状の一例を示した概略図である。 本発明に用いる塗工装置の一例を示した概略図である。

本発明は、不織布に塗工液を付与した後に、ドライヤーにより塗工液の媒体を乾燥除去する不織布への塗工方法（以下、単に「塗工方法」と記す場合がある）である。より詳しくは、不織布の表面に、不揮発分を媒体に溶解又は分散させた塗工液を付与し、ドライヤーにより塗工液の媒体を乾燥除去させることによって、不織布に塗工層を形成させた製品（以下「塗工品」と略記する場合がある）を得るための方法であって、塗工液を付与してからドライヤーまでの搬送ロールとして、小径部と少なくとも２箇所の大径部とを有する搬送ロールを用いることを特徴とする。

本発明において、搬送ロールとは、不織布の走行方向を変化させたり、不織布に振動やシワが発生することを抑制したりするために適宜支持するためのロールである。本発明は、塗工液を付与してからドライヤーまでの間の搬送ロールとして、小径部と少なくとも２箇所の大径部とを有するロール（以下、「異径ロール」と記す場合がある）を使用することを特徴とする。この特徴により、以下の有利な効果を有する。すなわち、本発明によれば、不織布の幅のうち搬送ロールと接触する部分は、異径ロールの大径部に対応する部分に限られる。異径ロールの小径部に対応する部分については、ロールと接触することがないため、搬送ロールとの接触に起因する塗工均一性の低下やピンホール発生等の問題を生じることがなく、高い均一性を有する塗工品を得ることができるという有利な効果を有する。本発明では、塗工品の幅のうち異径ロールの小径部に対応する部分を「小径対応部」、異径ロールの大径部に対応する部分を「大径対応部」と記す場合がある。

本発明において、不織布の幅の５〜２０％が大径対応部であることが好ましい。大径対応部の割合が５％未満であると、不織布と異径ロールの間のスリップが生じ易く、不織布の走行が不安定になる場合がある。大径対応部の割合が２０％を超えると、塗工品における小径対応部の割合が低下し、搬送ロールとの接触に起因する塗工均一性の低下やピンホール発生等の問題が生じる場合がある。また本発明において、各大径部と不織布が接触する幅は５ｍｍ以上あることが好ましく、１０ｍｍ以上あることが更に好ましい。各大径部と不織布が接触する幅が狭すぎると、不織布と異径ロールの間のスリップが生じ易く、不織布の走行が不安定になる場合がある。不織布の走行を安定させると言う観点からは、各大径部と不織布が接触する幅は広い方が好ましいが、広すぎる場合、大径対応部の割合が高くなりすぎる問題が生じる。

本発明において、異径ロールの大径部と小径部の間には、小径部に不織布が接することがないように、十分な高さの段差が存在する必要がある。必要とされる段差の高さ（以下、「段差高」と略記する場合がある）の最小値は、用いる不織布の機械的性質によって異なることから、一概に規定することは困難である。経験上示される値として、段差高が５ｍｍ以上（すなわち、大径部と小径部の直径の差が１０ｍｍ以上）あれば足りる場合が多い。

隣接する大径部の間隔、すなわち大径部の中心線間の距離は、狭い方がより安定した不織布の搬送が可能になる。その一方で、小径対応部のみからなる、高い均一性を有する部分の幅が広い塗工品を得ることが難しくなる問題が生じる。許容される大径部の間隔の最大値は、用いる不織布の機械的性質によって異なることから、一概に規定することは困難である。経験上示される値として、大径部の中心線の間隔が２００ｍｍ以下であることが好ましく、より好ましくは１５０ｍｍ以下である。この間隔であれば、安定した不織布の搬送が可能な場合が多い。

本発明において、不織布の端部が異径ロールの大径部と接触するように、大径部の位置及び不織布の位置を調整することが好ましい。これにより、安定した搬送が可能になり、かつ大径対応部を不織布の端部付近に集約することができ、高い均一性を有する部分の幅が広くなるという効果が得られるからである。

図１及び図２は、本発明に用いる、小径部と少なくとも２箇所の大径部とを有する搬送ロールの形状の一例を示した概略図である。図１は、２箇所の大径部を有する異径ロールの一例を示している。図２は、３箇所の大径部を有する異径ロールの一例を示している。大径部と小計部との間には、段差高３の段差が存在する。これらの図に示したように、不織布６の端部が大径部２と接触するように、大径部の幅方向の位置を調整することが好ましい。

図３は、本発明に用いる塗工装置の一例を示した概略図である。不織布の巻き出し装置１０１から送り出された不織布の片方の表面に、塗工液の付与装置１０３によって塗工液が付与される。塗工液を付与された不織布は、塗工液の付与装置とドライヤー間の搬送ロール１０４で支持されながらドライヤー１０５に送られ、ドライヤーにより塗工液の媒体が乾燥除去される。図３における塗工液の付与装置とドライヤー間の搬送ロール１０４は３本であるが、本数はこれに限定されない。また、本発明において、塗工液の付与装置とドライヤー間の搬送ロール１０４は小径部と少なくとも２箇所の大径部とを有する異径ロールである。ドライヤー１０５から出た不織布である塗工品は、塗工品の巻き取り装置１０６によって巻き取られる。搬送ロール１０２は、塗工液の付与装置とドライヤー間以外の搬送ロールであり、異径ロールであることを必要としない。

本発明において、製品に大径対応部が含まれることが許容されない場合は、スリット時に塗工品から大径対応部を除去すれば良い。製品の一部が大径対応部であることが許容される場合は、大径対応部を除去せずに、そのまま用いることもできる。特に、製品の端部については大径対応部が含まれることが許容される場合が多い。異径ロールに３箇所以上の大径部を設ける場合、異径ロールの大径部の間隔を製品幅と一致させることで、大径対応部を製品の端部に集約することが可能となる。

本発明において、異径ロールに大径部を設ける方法としては、切削、注型等の方法により小径部と大径部を一体で成型する方法、小径部に相当する径のロールに粘着テープ等の部材を巻き付けて大径部を形成する方法、小径部に相当する径のロールにリング状の部材を取り付けて大径部を形成する方法等が例示される。これらのうち、小径部に相当する径のロールにリング状の部材を取り付けて大径部を形成する方法によれば、生産しようとする製品の幅に合わせて大径部の位置を容易に調整することが可能であり好ましい。

本発明において、ドライヤーに特に制限はない。不織布の表面に熱風や乾燥空気を吹きつけて乾燥するエアドライヤー、赤外線により不織布を加熱する赤外線ドライヤー、加熱した金属製円筒の表面に不織布を接触させることで加熱乾燥するシリンダードライヤー等を用いることができる。

本発明において、基材として用いる不織布に特に制限はない。ただし、厚い不織布を用いる場合には、そもそも裏抜けが生じにくく、本発明の技術を使用する動機に乏しい。逆に、薄い不織布、具体的には、その厚さが３０μｍ以下である不織布を用いる場合には、本発明によって、塗工の均一性を大幅に向上させられる。

以下、本発明を実施例により更に詳細に説明するが、本発明は本実施例に限定されるものではない。

［不織布］
繊度０．１ｄｔｅｘ、カット長３ｍｍの延伸結晶化ポリエチレンテレフタレートステープル７０質量部及び繊度０．２ｄｔｅｘ、カット長３ｍｍの非延伸ポリエチレンテレフタレートステープル３０質量部からなり、表面温度２００℃の熱カレンダーにより強度の付与及び厚み調整を行った、坪量１０ｇ／ｍ^２、厚み１８μｍの湿式抄造不織布を、不織布とした。

［塗工液］
不揮発分の質量構成比が、アルミナ水和物（ベーマイト）：アクリル系ポリマーのラテックス：マレイン酸−アクリル酸共重合体のナトリウム塩：１質量％水溶液の粘度が７０００ｍＰａ・ｓｅｃであるカルボキシメチルセルロース＝４０．０：２．０：０．４：０．２である、固形分濃度２０質量％の塗工液を調製した。

［塗工］
図３に概略を示す塗工装置によって、前記不織布上に、前記塗工液を、媒体（水）を含むＷＥＴ塗工量が５０ｇ／ｍ^２となるように塗工した。塗工液の付与装置１０３としては、ダイコーターを使用した。ドライヤー１０５としては、塗工液を付与しない面を異径ロールで支持する、有効長１００ｃｍの両面エアドライヤーを用いた。不織布の幅は２００ｍｍ、塗工速度は２ｍ／ｍｉｎとした。塗工液の付与装置とドライヤー間の搬送ロール１０４として、図２に示したような、３箇所の大径部を有し、小径部１の直径が６０ｍｍ、段差高３が７ｍｍ、大径部２の直径が７４ｍｍ、大径部２の中心線の間隔が１００ｍｍである異径ロールを使用した。この異径ロールは、直径６０ｍｍの円筒型ロールに幅２０ｍｍの粘着テープを、粘着テープの幅方向における中心線の間隔が１００ｍｍになるように３箇所に、厚み７ｍｍになるまで巻き付けて作製した。不織布６の端部が両端の大径部２のほぼ中央に接触するように、不織布６の幅方向の位置を調整した。

［比較例］
塗工液の付与装置とドライヤー間の搬送ロール１０４として、異径ロールの代わりに、直径６０ｍｍの円筒型ロールを用いた以外には、実施例と同様にして不織布への塗工を行った。

［評価］
塗工後の不織布６の１００ｍｍ×１００ｍｍの領域を、解像度６００ｄｐｉの透過式スキャナでスキャンし、得られたヒストグラムの主たるピークから、５σ以上高い輝度を有するピクセルをピンホールとみなし、そのピクセル数により、均一性を判断した。ピクセル数が少ない程、均一性の高い塗工になったと判断できる。

塗工液の付与装置とドライヤー間の搬送ロール１０４として異径ロールを用いた実施例では、ピンホール数が３２個であったのに対し、塗工液の付与装置とドライヤー間の搬送ロール１０４として円筒型ロールを用いた比較例ではピンホール数が７９９個であった。この結果より、塗工液を付与してからドライヤーまでの搬送ロールとして、小径部と少なくとも２箇所の大径部とを有する搬送ロールを用いる不織布への塗工方法により、ピンホール等の欠陥が少ない良好な塗工品質を得ることができることが分かる。

なお、本実施例では、ドライヤーの有効長の関係で塗工速度が２ｍ／ｍｉｎに制限されているが、塗工液の裏抜けは経時で進む（悪化する）現象であるため、塗工速度が高速になることはむしろ有利であり、有効長の長いエアドライヤーを使用すれば、高速化は容易である。

本発明の不織布への塗工方法は、不織布に各種の塗工液を塗工してなる製品の製造、例えば、不織布に無機粒子を塗工してなるリチウムイオン二次電池用セパレータの製造に用いる不織布への塗工方法として好適に使用できる。

１ 小径部
２ 大径部
３ 段差高
４ 軸受けホルダ
５ 回転軸
６ 不織布
１０１ 不織布の巻き出し装置
１０２ 塗工液の付与装置とドライヤー間以外の搬送ロール
１０３ 塗工液の付与装置
１０４ 塗工液の付与装置とドライヤー間の搬送ロール
１０５ ドライヤー
１０６ 塗工品の巻き取り装置

Claims (2)

1. 不織布に塗工液を付与した後に、ドライヤーにより塗工液の媒体を乾燥除去する不織布への塗工方法であって、塗工液を付与してからドライヤーまでの搬送ロールとして、小径部と少なくとも２箇所の大径部とを有する搬送ロールを用いることを特徴とする不織布への塗工方法。
2. 不織布ウェブの全幅の５〜２０％が当該搬送ロールの大径部と接触する請求項１記載の不織布への塗工方法。

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