JP2018538164A - 粒子含有多孔質層および無機コーティングを有する二軸延伸多孔性フィルム - Google Patents
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Abstract
本発明は、β−晶核剤および少なくとも一つの多孔質層を含む、二軸延伸配向された、単層型または多層型の多孔性フィルムに関し、該フィルムは、少なくとも一つのプロピレンポリマーおよび粒子を含み、これらの粒子は200℃超の融点を有し、かつ、この多孔性フィルムは、多孔質層の外側表面上に、無機、好ましくはセラミック粒子のコーティングを有する。
Description
本発明は、粒子含有多孔質層を少なくとも一つ有する、この粒子含有多孔質層上にコーティングされている二軸延伸多孔性フィルム、およびそれのセパレータとしての使用、並びにこのフィルムの製造方法に関する。
最新の機器は、空間的に独立した利用を可能にする、電池または蓄電池などのエネルギー源を必要とする。電池は廃棄物処理しなければならないという欠点を有する。したがって、電力網における充電器の助けを借りて何度も再充電できる蓄電池(二次電池)がますます使用されている。従来のニッケル−カドミウム(NiCd)電池は、例えば、正しく使用された場合、約1000充電サイクルの寿命を達成することができる。高エネルギーシステムまたは高性能システムでは、リチウム電池、リチウムイオン電池、リチウムポリマー電池およびアルカリ土類電池が蓄電池として、今日ますます使用されている。
電池および蓄電池は、常に、電解質溶液に浸漬された二つの電極、およびアノードとカソードとを分離するセパレータからなる。様々な蓄電池の種類は、使用される電極材料、電解質および使用されるセパレータによって区別される。電池のセパレータは、電池のカソードとアノード、または蓄電池のカソードとアノードとを空間的に分離する役割を担う。セパレータは、内部短絡を回避するために二つの電極を互いに電気的に絶縁するバリアでなければならない。しかしながら、同時に、セパレータは、セル内の電気化学反応を進行させるために、イオンに対して透過性でなければならない。
電池のセパレータは、内部抵抗ができるだけ低く、かつ、高い充填密度となり、そしてそれにより、電池中のエネルギー密度が達成できるように、薄くなければならない。このようにすることでのみ、良好なパフォーマンスデータおよび高い容量が可能となる。さらに、セパレータは、電解質を吸引し、かつ、充填されたセル内のガス交換を保証することが必要である。従来、とりわけ織物が使用されてきたが、現在では、不織布およびメンブレンのような細孔性の材料(feinporige Materialien)が主に使用されている。
リチウム電池では、短絡の発生が問題となる。熱応力のもとで、リチウムイオン電池は電池セパレータを溶解して、そのために致命的な結果をもたらす短絡を引き起こす可能性がある。充電機器の故障した電子機器によってリチウム電池が機械的に損傷または過負荷になった場合、同様の危険性が存在する。
リチウムイオン電池の信頼性を高めるために、従来は遮断セパレータ(シャットダウンメンブレン)が開発されてきた。これらの特別なセパレータは、リチウムの融点または発火点をはるかに下回る所定の温度において非常に短時間でそれらの孔が閉じる。それにより、リチウム電池における短絡の致命的な結果は、大幅に防止される。
しかしながら、同時に、高い溶融温度を有する材料によって保証されるセパレータには高い機械的強度も望まれている。例えば、ポリプロピレン−メンブレンは良好な耐穿孔性のために有利であるが、ポリプロピレンの融点はリチウムの引火点(170℃)に非常に近い約164℃である。
リチウム技術に基づく高エネルギー電池は、最小限のスペースで利用可能な最大限の電力量を確保することが重要な用途に使用される。これは、例えば、電気自動車に使用される牽引用蓄電池である一方で、軽量で最大エネルギー密度が要求される別のモバイル用途、例えば、航空宇宙において使用するのにも必要である。現時点では、高エネルギー電池において、350〜400Wh/L、または150〜200Wh/kgのエネルギー密度が達成されている。これらの高エネルギー密度は、特殊な電極材料(例えば、Li−CoO2)の使用およびハウジング材料のより経済的な使用によって達成される。パウチセルタイプのLi電池では、個々の電池ユニットは、フィルムのみによって互いに分離される。この事実に起因して、内部短絡および過熱において、爆発性燃焼反応が隣接するセルに広がるので、これらのセルのセパレータに対する要求が高まっている。この事実により、これらの電池用のセパレータに対する要求が高まっている。というのも、内部短絡および過熱の場合には、爆発性燃焼反応が隣接するセルに広がるからである。
これらの用途のためのセパレータは、必要なスペースを小さくするため、できるだけ薄くする必要があり、かつ、内部抵抗を小さく保つためにできる限り大きな気孔率を有さなくてはならない。過熱または機械的損傷の場合、電池の火災または爆発につながるさらなる化学反応を防ぐために、正の電極も負の電極も電気的に絶縁されたままでなければならない。
ポリプロピレンメンブレンを、ポリエチレンからなるような、低融点を有する材料から構成される他の層と組み合わせることは、当該技術分野において知られている。短絡または他の外部の影響による過熱の場合、ポリエチレン層は溶融して多孔性ポリプロピレン層の孔を閉じ、それにより、電池内のイオンの流れ、したがって電流の流れが中断される。しかしながら、温度がさらに上昇すると(>160℃)、ポリプロピレン層も溶融してしまい、アノードとカソードとの接触による内部短絡および自然発火および爆発のような問題をもはや防止することができなくなる。さらに、ポリプロピレン層へのポリエチレン層の接着は困難であり、これらの層は積層によってのみ結合することができるか、または、これら二つのクラスの選択されたポリマーのみを共押出することができる。これらのセパレータは、高エネルギー用途において不十分な安全性しか提供しない。そのようなフィルムは、国際公開第2010048395号パンフレット(特許文献1)に記載されている。
米国特許第2011171523A号明細書(特許文献2)には、溶媒法により得られた耐熱化セパレータが記載されている。この場合、第一の工程では、無機粒子(チョーク、ケイ酸塩または酸化アルミニウム)を油と共に原料(UHMW−PE)に配合する。次いでこの混合物を、ノズルを通してプレフィルムに押し出す。それから、プレフィルムから該油を溶剤を用いて溶出して細孔を作り出す。続いて、このフィルムをセパレータに引き伸ばす。このセパレータでは、無機粒子が、過度の過熱の場合でも、電池内のアノードとカソードとの分離が確実となる。
この方法は、粒子がセパレータの機械的特性の弱化に寄与し、そして粒子の凝集物により、欠陥および不均一な細孔構造を生じ得るという欠点を有する。
米国特許第2007020525A号明細書(特許文献3)は、無機粒子をポリマーベースのバインダーで加工して得られるセラミックセパレーターを記載している。このセパレータはまた、過度の過熱の場合に、アノードおよびカソードが電池内で分離したままであることを保証する。しかしながら、その製造プロセスは複雑であり、かつ、セパレータの機械的特性が不十分である。
国際公開第2013083280号パンフレット(特許文献4)には、無機の、好ましくはセラミックのコーティングを有する二軸延伸配向された、単層または多層の多孔性フィルムが記載されている。フィルムの元の気孔率は、セラミックコーティングによってわずかに低下するだけである。被覆された多孔性フィルムはガーレー値<1500sを有する。この教示によれば、所定の表面構造を有するポリプロピレンセパレータは、水性の無機の、好ましくはセラミックのコーティングに対してプライマーを使用しなくても十分な接着性を示す。
セパレータの溶融後でも、電極を互いに絶縁することを保証する、温度安定性の層と組み合わされた他のメンブレンが従来技術において知られている。しばしば、これらの層の基材上への接着は困難であり、それ故、これらの層は、元々のメンブレンを、積層またはコーティングすることによってでしか組み合わせることができない。本発明の範囲において、セラミックコーティングの有効性は、コーティングの品質にも依存することが見出されている。電極の効率的な絶縁のために、耐熱材料からなる連続した絶縁層はメンブレンの溶融後に残っていなければならず、これは、次に、欠陥、隙間または厚さの変動を示してはならない。これは、厚さの均一性および表面仕上げに関して、コーティングすべきメンブレンについて特別な要求を課す。
温度安定性の保護層を有するセパレータ材料は、小さな空間容積を確保し、内部抵抗を小さく保ち、かつ、大きな多孔性を有するために、できるだけ薄くなければならない。これらの特性は、コーティングによってマイナスの影響を受ける。というのも、コーティングがメンブレンの厚さの増加および多孔度の減少をもたらし、フィルムの表面構造を損なうからである。
原則として、セパレータフィルムの製造では、より高い製造速度が求められる。脆弱なネットワーク構造に起因して、多孔性フィルムの製造におけるより高いプロセス速度は特に重要である。なぜなら、それにより、頻繁な破壊および品質不良が発生し、プロセス全体が経済的ではないため、プロセス全体が効率的になることはないからである。
ポリオレフィンセパレータは、今日、様々なプロセスによって製造することができる。充填法;冷延伸、抽出法、β−結晶法。これらの方法は、細孔が形成される異なる機構によって基本的に異なる。
例えば、非常に多量のフィラーの添加によって多孔性フィルムを製造することができる。細孔は、フィラーとポリマーマトリックスとの非相溶性のために延伸中に形成される。しかし、高い多効率を達成するのに必要とされる40重量%までの大量のフィラー量は、高い延伸にもかかわらず機械的強度にかなりの影響を及ぼし、それ故、これらの製品は、高エネルギー電池内のセパレータとして使用することができない。
いわゆる抽出方法では、細孔は、原則的に、適切な溶媒によって、ポリマーマトリックスから成分を溶出することによって製造される。ここでは、添加剤および適切な溶媒の性質が異なる様々な変種が開発されている。有機添加物および無機添加物のいずれも抽出することができる。この抽出は、フィルムの製造の最後のプロセス工程として、または、引き続く延伸と組み合わせて行うことができる。この場合の欠点は、生態学的および経済的に疑義のある抽出工程である。
より古いが成功した方法は、非常に低い温度(冷延伸)でポリマーマトリックスを延伸することに基づいている。この目的のために、フィルムを最初に押出し、続いて、結晶割合を高めるために数時間アニール処理する。次のプロセス工程では、最も小さい微小亀裂の形態の複数の欠損部(Fehlerstellen)を生成するために、非常に低い温度で長手方向に冷延伸が行われる。欠損部を有するこの予備延伸されたフィルムは、引き続き、高温でより高い倍率で再び同じ方向に延伸され、その際に、欠損部はネットワーク状構造を形成する細孔に拡大される。これらのフィルムは、それらの延伸の方向、一般的には長手方向において、高い多孔性と良好な機械的強度とが統合される。しかし、この場合、横方向の機械的強度は依然として不十分であり、それにより、耐穿刺性が悪く、また、長手方向に高いスプライス傾向が生じる。全体として、このプロセスはコストがかかる。
多孔性フィルムを製造するための別の公知の方法は、ポリプロピレンへのβ−晶核剤の混合に基づく。β−晶核剤により、ポリプロピレンはその融解物の冷却中に、いわゆるβ−晶を高濃度で形成する。その後の長手方向の延伸において、β相はポリプロピレンのα型に変換される。これらの異なる結晶形態は密度が異なるので、ここでは、最初に多くの微視的な欠陥が形成され、これは延伸によって引き裂かれて開口し、細孔となる。この方法によって製造されたフィルムは、縦方向並びに横方向における良好な多効率および良好な機械的強度、および非常に良好な経済性を有する。これらのフィルムは、以後、β−多孔性フィルムとも呼ばれる。多効率を改善するために、横方向の延伸の前に、縦方向により高い配向性を導入することができる。
ドイツ国特許出願公開第102014 005 890.5号明細書(特許文献5)は、ナノスケールの無機粒子の添加によって改質されたβ−有核性の多孔性フィルムを記載している。粒子の含有量は、温度の上昇がポリプロピレンの融点を上回る場合に、無機粒子からなる層が依然として残ったままであり、かつ、電極が分離されているように高くなければならない。それにより、ポリプロピレンが融解しても、アノードとカソードとの間の接触が効果的に防止されるべきである。しかしながら、このためには60重量%までの粒子含有量が必要である。製造時にプロセスの信頼性が低下するため、これらの多量の粒子は問題である。この負の効果に対抗するために、粒子は1μmより大きくてはならない。これらの境界条件により、ポリプロピレンが融解する時に、比較的薄い層、例えば、TiO2からなる層が融解し、これは、信頼性と安定性に関して更に改善すべきである。
J. o. Appl. Polymer Science, Vol. 74, p.: 2357−2368, 1999 von Varga
本発明の課題は、セパレータとして使用した場合、非常に高い温度または電池の機械的損傷時にも、電極の絶縁を保証するフィルムを提供することであった。この絶縁機能は、電池内部の温度がセパレータのポリマーの融点を上回っても保持されなければならない。それにもかかわらず、このフィルムは、効率的かつ安価に製造できるべきである。
さらに、高いプロセス速度および良好な走行安全性でもって多孔性フィルムを製造することが可能であるべきである。これは、たとえ高いプロセス速度であっても、フィルムの製造時において、ほんのわずかしか破損しないか、または全く破損があってはならないことを意味する。一定の関心事は、多孔性の改善であり、特に、フィルム表面上のいくつかの閉じた領域によって低いガーレー値が達成されるべきである。さらに、厚さの薄い多孔質フィルムを提供することを課題としており、フィルムの厚さが薄い場合であっても、高いプロセス速度で製造でき、かつ、フィルムの低いガーレー値が満たされるべきである。
したがって、本発明のさらなる課題は、改善されたガーレー値、つまり、良好な透過性を有する多孔性フィルムを提供することであった。
本発明の別の課題は、低ガーレー値を有する多孔性フィルムの製造において、高いプロセス速度を可能にすることであった。
これらおよびさらなる課題は、少なくとも一つのβ−晶核剤を含み、かつ、少なくとも一つの多孔質層を含む、二軸配向した単層型または多層型多孔性フィルムであり、この多孔質層は、少なくとも一つのプロピレンポリマーおよび粒子を含み、かつ、該粒子は200℃超の融点を有し、そして、該多孔質層の外側表面上において、該多孔性フィルムは、無機粒子からなるコーティングを有する、該フィルムによって解決される。
驚くべきことに、粒子含有の多孔性フィルムと無機粒子からなるコーティングとの組合せにより、高温負荷時の安全性に関してセパレータが著しく改善される。多孔性フィルム中に耐火性粒子を添加するだけで、反応性の高い電池および再充電可能な電池のセパレータとして使用するときに、内部短絡に対して良好な保護が得られる。多孔性フィルムに高融点粒子を添加するだけで、反応性の高い電池および蓄電池のセパレータとして使用された場合に、内部短絡に対する良好な保護が得られる。塗布されたコーティングの粒子と一緒にポリプロピレンが融解したときに分離層が形成され、これが電極の優れた絶縁をもたらし、かつ、優れた長期安定性を保証し、さらない樹脂状結晶(Dendriten)の形成を防止する。
多孔質層中の高融点粒子の添加により多孔性フィルムのガーレー値が低下するため、このフィルムは、その後のコーティングのための特に有利なベースフィルムである。加えて、粒子の添加は、プロセス速度を増加させることを可能にする。プロセス速度の増加時にも、破損の数は減少する。
ベースフィルム中の低含量のβ−晶型ポリプロピレンもまた、非常に低いガーレー値を有するフィルムを製造するのに十分である。従って、多孔性フィルム中の粒子の添加は、多孔性フィルム中のβ−晶核剤の含有量を減少させることを可能にする。
本発明の趣旨において、粒子は、200℃超の融点を有する粒子である。これらの粒子は、個々の粒子として存在することができるか、またはいくつかの個々の粒子からなる凝集物を形成することができる。
本発明の趣旨において、ベースフィルムは、まだコーティングを有していない、二軸延伸された単層型または多層型の多孔性質フィルムである。
多孔性フィルムは、少なくとも一つの多孔質層を有し、プロピレンポリマー、好ましくは、プロピレンホモポリマーおよび/またはプロピレンブロックコポリマーからなる少なくとも一つの多孔質層を含み、かつ、一般に、少なくとも一つのβ−晶核剤、ならびに高融点粒子を含む。別の実施形態では、多孔質層にポリエチレンをさらに含むことができる。場合によって、多孔率および他の本質的な特性に悪影響を及ぼさない限り、他のポリオレフィンを追加的に、つまり、上記のプロピレンポリマーまたはエチレンポリマーよりも少量で含むことができる。さらに、多孔質層は、場合によって、慣用的な添加剤、例えば、安定剤および/または中和剤をそれぞれの有効量でさらに含有する。
多孔質層に適したプロピレンホモポリマーは、98〜100重量%、好ましくは、99〜100重量%のプロピレン単位を含み、かつ、150℃以上、好ましくは、155〜170℃の融点(DSC)、および、230℃で0.5〜10g/10分、好ましくは、2〜8g/10分のメルトフローインデックス、および、2.16kgの力(DIN 53735)を有する。15重量%未満、好ましくは1〜10重量%のn−ヘプタン可溶性含量を有するアイソタクチックプロピレンホモポリマーは、層のための好ましいプロピレンホモポリマーである。また、少なくとも96%、好ましくは97〜99%のアイソタクチック性の高い鎖(hohen Kettenisotaktizitaet)(13C−NMR、Triad法)を有するアイソタクチックプロピレンホモポリマーを使用することも有利である。これらの原料は、HIPP−ポリマー(高アイソタクチックポリプロピレン)またはHCPP(高結晶性ポリプロピレン)として当該技術分野において知られており、そして、ポリマー鎖の立体規則性が高く、結晶化度が高く、かつ、融点が高いことが特徴である(これも同様に使用することができる、90〜<96%の13C−NMRアイソタクチック性を有するプロピレンポリマーと比較して)。
プロピレンブロックコポリマーは、140超〜170℃、好ましくは145超〜165℃、特に150〜160℃の融点を有し、そして、120℃超、好ましくは125〜160℃の範囲で開始する融点範囲を有する。コモノマー含量、好ましくは、エチレン含量は、例えば、1〜20重量%、好ましくは1〜10重量%である。プロピレンブロックコポリマーのメルトフローインデックスは、一般に、1〜20g/10分、好ましくは、1〜10g/10分の範囲である。
さらなる実施形態では、多孔質層は、ポリエチレン、例えば、HDPEまたはMDPEをさらに含むことができる。一般に、HDPEおよびMDPEのようなこれらのポリエチレンは、ポリプロピレンと相溶性がないため、ポリプロピレンと混合したときに別個の相を形成する。別個の相の存在は、例えば、DSC測定において、ポリエチレンの溶融温度の範囲内で、別個の溶融ピーク、一般に115〜145℃、好ましくは120〜140℃の範囲で示される。HDPEは、一般に、DIN53 735に従って測定した0.1超〜50g/10分、好ましくは、0.6〜20g/10分のMFI(50N/190℃)およびDIN53 728、パート4、またはISO 1191に従って測定した、100〜450cm3/g、好ましくは、120〜280cm3/gの範囲の粘度数を有する。結晶化度は、35〜80%、好ましくは50〜80%である。DIN 53 479、方法A、または、ISO 1183に従って23℃で測定した密度は、0.94〜0.97g/cm3の範囲である。DSC(溶融曲線の最大値、加熱速度10K/1分)で測定した融点は、120〜145℃、好ましくは、125〜140℃である。好適なMDPEは、一般に、DIN 53 735に従って測定した、0.1超〜50g/10分、好ましくは、0.6〜20g/10分のMFI(50N/190℃)を有する。DIN 53 479、方法A、またはISO 1183に従って23℃で測定した密度は、0.925〜0.94g/cm3の範囲である。DSC(溶融曲線の最大値、加熱速度10K/分)で測定した融点は、115〜130℃、好ましくは、120〜125℃である。
狭い溶融範囲を有するポリエチレンが好ましい。これは、ポリエチレンのDSCにおいて、溶融領域の始まりおよび溶融領域の終わりが、せいぜい10K、好ましくは、3〜8Kしか互いに離れていないことを意味する。溶融範囲の開始とは、ここでは、推定された開始(Onset)であり、溶融の終わりは、推定された溶融曲線の終端に対応している(加熱速度10K/分)。パラメータの「融点」および「溶融範囲」は、測定方法(Mesmethoden)に記載されているように、DSC測定によって測定され、そして、DSC曲線から算出される。
場合によっては、多孔質層は、ポリプロピレンおよびポリエチレンとは異なる、他のポリオレフィンを、それらが特性、特に多効率および機械的強度に悪影響を及ぼさない限り、含むことができる。他のポリオレフィンは、例えば、20重量%以下のエチレン含量を有する、エチレンとプロピレンとのランダムコポリマー、20重量%以下のオレフィン含量を有するC4−C8オレフィンとプロピレンとのランダムコポリマー、10重量%以下のエチレン含量および15重量%以下のブチレン含量を有する、プロピレン、エチレンおよびブチレンのターポリマーである。
好ましい実施形態では、多孔質層は、プロピレンホモポリマーおよび/またはプロピレンブロックコポリマー、およびβ−晶核剤、および、200℃超の融点を有する粒子、並びに、場合によっては、安定剤および中和剤だけから構成される。
さらなる可能な実施形態では、多孔質層は、プロピレンホモポリマーおよび/またはプロピレンブロックコポリマー、および粒子、並びに、場合によってよっては、安定剤および中和剤だけから構成され、そして、別の多孔質層にβ−晶核剤を含有する。しかしながら、原則的には、粒子含有層にβ−晶核剤を添加することが好ましい。したがって、多孔質層のみから構成された単層型の実施形態の場合には、β−晶核剤は、常に、この多孔質層中に含まれている。
基本的に、ポリプロピレン融解物の冷却時のポリプロピレンのβ−結晶の形成を促進する全ての既知の添加剤は、多孔質層のβ−晶核剤として適切である。このようなβ−晶核剤、並びにポリプロピレンマトリックス中のそれらの作用様式は、当技術分野でそれ自体知られており、詳細は後述する。
ポリプロピレンから、異なる結晶相が知られている。融解物の冷却時に、融点が155〜170℃、好ましくは、158〜162℃の範囲にあるα−晶型のポリプロピレンが主として通常形成される。所定の温度制御によって、145〜152℃、好ましくは、148〜150℃での単斜晶α−変態よりも、著しく低い融点を有する融解物の冷却時に、少量のβ−晶相を生成することができる。従来技術においては、ポリプロピレンの冷却時に増加した割合のβ−変態、例えば、γ−キナクリドン、ジヒドロキナクリジンまたはフタル酸のカルシウム塩をもたらす添加剤が知られている。
本発明の目的のためには、高活性β晶核剤が多孔性フィルムに好ましく使用され、これはプロピレンホモポリマー溶融物の冷却時に40〜95%、好ましくは50〜100%(DSC)のβ割合を生じる。該β含有量は、冷却されたプロピレンホモポリマー溶融物のDSCから決定される。例えば、炭酸カルシウムおよび有機ジカルボン酸からなる二成分β晶核剤系が好ましく、これらは、ドイツ国特許第3610644号明細書(特許文献6)に記載されており、これは参照により本明細書に組み込まれる。ドイツ国特許第4420989号明細書(特許文献7)に記載されているようなピメリン酸カルシウムまたはスベリン酸カルシウムのようなジカルボン酸のカルシウム塩が特に有利であり、これも参照により明示的に組み込まれる。欧州特許第0557721号明細書(特許文献8)に記載されたジカルボキシアミド、特にN、N−ジシクロヘキシル−2,6−ナフタレンジカルボキシアミドも好適なβ−晶核剤である。
β−晶核剤に加えて、未延伸溶融フィルムを冷却する時に、これらの温度で特定の温度範囲および滞留時間を維持することは、高レベルのβ−晶型ポリプロピレンを達成するために重要である。溶融フィルムの冷却は、好ましくは60〜140℃、特に、80〜130℃、例えば85〜128℃の温度で行われる。ゆっくりとした冷却はまた、β−結晶の成長を促進し、したがって、引き抜き速度、すなわち、溶融フィルムが第一の冷却ロールを通過する速度を遅くし、それにより選択された温度で必要な滞留時間が十分に長くなるようにする。粒子の添加によって処理速度の増加が可能であるため、原理的には、多孔質フィルムに対して比較的広い範囲で引き抜き速度を変化させることができる。該引き抜き速度は、通常、1〜100m/分、好ましくは、1.2〜60m/分、特に、1.3〜40m/分、特に好ましくは、1.5〜25m/分または1〜20m/分である。滞留時間はそれに応じて延長または短縮することができ、例えば、10〜300秒であり、好ましくは、20〜200秒である。
多孔質層は、通常、該多孔質層の重量に基づいて、プロピレンホモポリマーおよび/またはプロピレンブロックコポリマーを40〜98重量%、好ましくは、40〜90重量%、および、一般的に、少なくとも一つのβ−晶核剤を0.001〜5重量%、好ましくは、50〜10,000ppm、2〜<70重量%の粒子を含有する。多孔質層中にβ−晶核剤を含まない実施形態では、プロピレンホモポリマーおよび/またはプロピレンブロックコポリマーの割合はそれに応じて増加する。ポリエチレンおよび/または他のポリオレフィンが層中に追加的に含まれる場合、プロピレンホモポリマーまたはブロックコポリマーの割合はそれに応じて減少する。
多孔質層中にポリエチレンをさらに含む実施形態では、多孔質層中のポリエチレンの含有量は、多孔質層に基づいて、一般に、5〜40重量%、好ましくは、8〜30重量%である。それに応じて、プロピレンホモポリマーまたはブロックコポリマーの割合は減少する。
さらに、ポリプロピレンおよびポリエチレン以外の異なるポリオレフィンは、これらが追加的に存在する場合、多孔質層中に0〜<10重量%、好ましくは、0〜5重量%、特に、0.5〜2重量%の量で含まれる。同様に、5重量%以下より高含量の晶核剤が使用される場合には、前記プロピレンホモポリマーまたはプロピレンブロックコポリマーの割合は減少する。
さらに、多孔質層は、慣用的な2重量%未満の少量で、従来の安定剤および中和剤、および場合によりさらなる添加剤を含む。
好ましい実施形態において、多孔質層は、ポリマーとしてプロピレンホモポリマーとプロピレンブロックコポリマーの混合物を含有する。これらの実施形態における多孔質層は、一般に、該多孔質層の重量に基づいて、10〜93重量%、好ましくは、20〜90重量%のプロピレンホモポリマー、および5〜88重量%、好ましくは、10〜60重量%のプロピレンブロックコポリマー、および0.001〜5重量%、好ましくは、50〜10,000ppmの少なくとも一つのβ−晶核剤、および、2〜60重量%の粒子を含み、さらに、場合によっては、すでに言及した添加剤、例えば安定剤および中和剤を含む。
本発明による多孔性フィルムの特に好ましい実施形態は、多孔質層中にβ−晶核剤としてピメリン酸カルシウムまたはスベリン酸かルシウムを50〜10,000ppm、好ましくは、50〜5000ppm、特に、50〜2000ppm含有する。
多孔性フィルムは、単層でも多層でもよい。フィルムの厚さは、一般に、10〜100μm、好ましくは、15〜60μm、例えば、15〜40μmの範囲である。多孔性フィルムは、例えば、電解質による充填を改善するために、および/または後続のコーティングへの接着特性を改善するために、その表面にコロナ処理、フレーム処理またはプラズマ処理を施すことができる。粒子を添加することによって、高められたプロセス速度および/または少ない破損部で25μm未満の厚さを有する多孔性フィルムを製造することも可能である。
簡単な実施形態では、フィルムは単層であり、次いで上記の粒子含有多孔質層のみからなる。この場合、粒子の割合は、フィルムの重量に基づいて、好ましくは、5〜50重量%、特に、10〜40重量%である。
別の実施形態では、多孔性フィルムは多層であり、上述の粒子含有多孔質層に加えて、組成の異なる別の多孔質層を含む。
この多層の実施形態では、粒子含有多孔質層は、さらなる多孔質層II上の外側のカバー層Iである。この場合、カバー層I中の粒子の割合は、カバー層Iの重量に基づいて、好ましくは、10〜70重量%、特に、15〜60重量%である。これらのフィルムは、少なくとも粒子含有多孔質カバー層Iおよびさらなる多孔質層IIを含む。
さらなる実施形態において、粒子含有多孔質層は両側に、多孔質層II上に外側のカバー層1aおよび1bとして施用される。この場合、二つのカバー層IaおよびIbにおける粒子の割合は、それぞれのカバー層の重量に基づいて、互いに独立して、好ましくは、10〜70重量%、特に、15〜60重量%である。
これらの多層型の実施形態は、フィルムのすべての層が多孔質であり、したがって、これらの層状構造から生じるフィルム自体も多孔性フィルムであるという共通点を有する。該多層型の実施形態では、粒子含有多孔質層IまたはIaおよびIbと、多孔質層IIとは、それぞれの組成が異なる。さらなる多孔質層IIは、基本的に、上記の粒子含有多孔質層のように構成されているが、粒子は含まれていない。プロピレンポリマーの割合は、これらの多孔質層IIにおいて対応して増加する。従って、さらなる多孔質層IIは次のように構成される。
さらなる多孔質層IIは、一般に、45〜100重量%、好ましくは、50〜95重量%のプロピレンホモポリマーおよび/またはプロピレンブロックコポリマー、および0.001〜5重量%、好ましくは、50〜10,000ppmの少なくとも一つのβ−晶核剤を、該多孔質の重量に基づいて含有する。ポリエチレンまたは他のポリオレフィンが層IIに追加的に含まれる場合、プロピレンホモポリマーまたはブロックコポリマーの割合はそれに応じて減少する。一般に、場合によっては、追加的なポリエチレンの量は、5〜<50重量%、好ましくは、10〜40重量%であり、層II中の他のポリマーの割合は、これらを追加的に含有する場合、0〜<10重量%、好ましくは、0〜5重量%、特に、0.5〜2重量%の量である。同様に、5重量%以下のより高いレベルの晶核剤が使用される場合に、前記プロピレンホモポリマーまたはプロピレンブロックコポリマーの割合は減少する。さらに、層IIは、慣用的な安定剤および中和剤、および場合によりさらなる添加剤を、慣用的な2重量%未満の少量で含有することができる。
コーティングされていない多孔性フィルムまたは多孔質粒子含有層の密度は、一般に、0.1〜0.6g/cm3、好ましくは、0.2〜0.5g/cm3の範囲である。
粒子含有多孔性フィルムは、以下のさらなる特性によって特徴付けられ、これらの詳細は、コーティングされていない多孔性ベースフィルムに関連する:
本発明の多孔性フィルムの(泡立ち点(bubble point)を用いて)測定される最大細孔径は、一般に、<350nmであり、好ましくは、20〜350nm、特に、40〜300nm、特に好ましくは、40〜200nmである。平均細孔直径は、一般に、20〜150nmの範囲、好ましくは、30〜100nmの範囲、特に、30〜80nmの範囲にあるべきである。多孔性フィルムの多効率は、一般に、30〜80%、好ましくは、50〜70%の範囲である。本発明によるフィルムは、好ましくは、500秒/100cm3未満、特に、200秒/100cm3未満、特に、10〜150秒/100cm3のガーレー値によって特徴付けられる。
粒子の添加は、高温での電極の分離に寄与する。コーティングの粒子と共に、電池内部の温度がポリマーの溶融温度を超えると、特に有効な分離層が形成される。この保護効果は、温度が上昇すると気孔が閉じるセパレータと、このような遮断機能がない(高温での多孔性フィルムのガーレー値が高められる)セパレータの両方で機能する。それにより、本発明のコーティングされた多孔性フィルムからなるセパレータは、短絡、機械的損傷または過熱による電池火災または爆発に対してより良好な保護を提供する。
粒子の添加はまた、フィルムのガス透過性に有利な効果を有する。粒子の添加は、粒子自体が一般にβ−晶核作用を示さないにもかかわらず、粒子のない類似の組成を有するフィルムと比較して、ガーレー値を低下させる。さらに、1μm未満の粒径を有する粒子もまた、ポリプロピレンマトリックス中に空隙形成作用または細孔形成作用を有さないことが当該技術分野において知られている。
200℃を超える融点を有する多孔性フィルムの粒子は、無機および有機の粒子を含む。本発明の範囲において、粒子はβ−晶型ポリプロピレンの割合をより高めるための物質ではない。したがって、これらはβ−晶核剤ではない。本発明の範囲において、粒子は、非空隙開始性の粒子である。本発明により使用される粒子は、好ましくは、ほぼ球形の粒子または球状の粒子である。
空隙開始粒子は当該技術分野において公知であり、延伸されるとポリプロピレンフィルム中に空隙を生成する。空隙は閉じた空洞であり、また出発材料の理論密度と比較してフィルムの密度を低下させる。対照的に、多孔性フィルムまたは層は、相互に連結した細孔のネットワークを有する。したがって、細孔は閉じた空洞ではない。多孔性フィルムおよび空隙含有フィルムの両方の密度は0.9g/cm3未満である。空隙含有の、二軸延伸ポリプロピレンフィルムの密度は、一般に0.5〜<0.85/cm3である。一般に、粒子がポリプロピレンマトリックス中の空隙開始粒子として作用するためには、1μmを超える粒径が必要である。それは、粒子が空隙開始粒子であるか、または非空隙開始粒子であるかにかかわらず、プロピレンホモポリマーからなる参照フィルムに基づいて試験することができる。
このために、プロピレンホモポリマーおよび試験されるべき粒子8重量%からなる二軸延伸されたフィルムは、一般に行われているboPPプロセスによって製造される。この場合、慣用的な延伸条件(延伸温度110℃で長手延伸倍率5、横延伸温度140℃で横延伸倍率9倍)を用いた。続いて、フィルムの密度が決定される。フィルムの密度が≦0.85g/cm3である場合、粒子は空隙開始粒子である。フィルムの密度が0.85g/cm3超、好ましくは、0.88g/cm3超、特に、≧0.9g/cm3超である場合、それは本発明の意味において非空隙開始粒子である。
本発明の文脈における無機粒子は、それらが上記200℃を超える融点を有する限り、全ての天然または合成鉱物である。本発明の範囲における無機粒子は、シリケート化合物、酸化物原料、例えば、金属酸化物および非酸化物および非金属原料に基づく材料を含む。
無機粒子としては、例えば、酸化アルミニウム、硫酸アルミニウム、硫酸バリウム、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、ケイ酸アルミニウム(カオリンクレー)、ケイ酸マグネシウム(タルク)等のケイ酸塩及びシリカが挙げられ、二酸化チタン、アルミナ、シリカが好ましく用いられる。
適切なシリケートには、SiO4−四面体を有する材料、例えば、層状シリケートまたはフレームワークシリケート(テクトケイ酸塩)が含まれる。適切な酸化物原料、特に、金属酸化物は、例えば、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、チタン酸バリウム、チタン酸ジルコン酸鉛、フェライトおよび酸化亜鉛である。適切な非酸化物および非金属原料は、例えば、炭化ケイ素、窒化ケイ素、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、ホウ化チタンおよびケイ化モリブデンである。
金属Al、Zr、Si、Sn、Tiおよび/またはYの酸化物が好ましい。このような粒子の製造は、例えば、ドイツ国特許第10208277A号明細書(特許文献9)に詳細に記載されている。
分子式SiO2のケイ素の酸化物をベースとする粒子、分子式AlNaSiO2の混合酸化物および分子式TiO2のチタンの酸化物が特に好ましく、結晶質、アモルファスまたは混合された形態で存在してもよい。
好ましい二酸化チタン粒子は、一般に、少なくとも95重量%がルチルからなり、そして、好ましくは、光堅牢性を改善するために紙または塗料中のTiO2白色顔料のためのコーティングとして慣用的に使用されるような、無機酸化物からなるコーティングと共に使用されることが好ましい。コーティングされたTiO2粒子は、例えば、欧州特許出願公開第0 078 633A号明細書(特許文献10)および欧州特許出願公開第0 044 515号明細書(特許文献11)に記載されている。
場合によっては、コーティングはまた、極性基および非極性基を有する有機化合物も含む。好ましい有機化合物は、アルキル基に8〜30個のC原子を有するアルカノールおよびアニオン性およびカチオン性界面活性剤、特に12〜24個の炭素原子を有する脂肪酸および第一級n−アルカノール、並びにポリジオルガノシロキサンおよび/またはポリジメチルシロキサンおよびポリメチル水素シロキサンなどのポリオルガノ水素シロキサンである。
TiO2−粒子上のコーティングは、通常、それぞれ、100gのTiO2−粒子に基づいて、1〜12g、特に、2〜6gの無機酸化物からなり、場合によっては、0.5〜3g、特に、0.7〜1.5gの有機化合物を含有する。TiO2−粒子が、Al2O3またはAl2O3およびポリジメチルシロキサンでコーティングされている場合が特に有利であることが判明している。
他の適切な無機酸化物は、アルミニウム、ケイ素、亜鉛またはマグネシウムの酸化物またはこれらの化合物の二つ以上の混合物である。それらは、水性懸濁液中の、例えば、アルカリ、特に、アルミン酸ナトリウム、水酸化アルミニウム、硫酸アルミニウム、硝酸アルミニウム、ケイ酸ナトリウムまたはシリカのような水溶性化合物から沈殿する。
有機粒子は、多孔質粒子含有層のプロピレンポリマーと非相溶性のポリマーをベースとする。有機粒子は、EPAO0623 463(特許文献12)に記載されているような、環状オレフィン(COC)、ポリエステル、ポリスチレン、ポリアミド、ハロゲン化有機ポリマーをベースとし、ここで、ポリブチレンテレフタレートおよびシクロオレフィンコポリマーのようなポリエステルを含むコポリマーが好ましい。有機粒子はポリプロピレンと非相溶性でなければならない。本発明の範囲において、非相溶性とは、材料またはポリマーがフィルム中に別個の粒子として存在することを意味する。
粒子は、少なくとも200℃、特に少なくとも250℃、非常に特に好ましくは少なくとも300℃の溶融温度を有する。加えて、前記粒子は、一般に、前記温度では分解されない。上記の情報は、公知の方法、例えば、DSC(示差走査熱量測定)またはTG(熱重量測定)などを用いて決定することができる。
好ましい無機粒子は、一般に、500〜4000℃、好ましくは、700〜3000℃、特に、800〜2500℃の範囲の融点を有する。TiO2の融点は、例えば、約1850℃である。
使用される有機粒子も200℃以上の融点を有し、特に、上記の温度では分解すべきではない。
粒子は最大1μmの平均粒径を有するのが有利である。というのも、より大きい粒子では、フィルムの製造時に、破損部の増大を招くからである。10〜800nm、特に、50〜500nmの平均粒径が好ましい。粒子は、多孔質層中に可能な限り凝集物を含まない微細な分布として存在しなければならない。というのも、そうでなければまた、ある臨界的な大きさ、例えば、>1μm、特に、1〜3μmの大きさにより、少数破損する頻度が増加するからである。このように、該平均粒径は、SEM画像によって10mm2のフィルムサンプル(コーティングされていない)上で検出される1μm超の粒径を有する凝集物をフィルムが一つも含まないか、または一つ未満であるという事実に寄与する。同様に、個々の非凝集粒子もまた、1μm未満のサイズ(絶対)を有する。それに対応して、10mm2の該フィルムサンプルは、>1μmの粒径を有する非凝集粒子を一つ未満または全く示さない。凝集物がほとんどまたは全くなく、小さな平均粒径を有し、かつ、>1μmの粒径を有する粒子が存在しないかまたは散発的しか存在し得ない多孔性フィルムを製造することができるような粒度分布を有する粒子を選択することにより、本発明の最も多様な利点を実現することができる。
少数の凝集物を確実にするために、フィルム製造中にバッチまたはプレミックスを介して粒子を組み込むことが基本的に好ましい。バッチまたはプレミックスは、プロピレンポリマーおよび粒子、並びに場合によっては、慣用的な添加剤を追加的に含有する。バッチの製造において、ポリマー中の粒子のより良好な分散のために、好ましくは、二軸スクリュー押出機を使用すること、および/または高いScheerateで混ぜ合わせるのが好ましい。界面活性物質の添加もまた、ポリマー中の粒子の均質な分布に寄与する。上流工程で粒子自体にコーティングを施すこともまた有利である。これらの手段は、無機粒子を使用する場合に特に推奨される。先行技術で知られているこれらおよび他の手段によって、凝集物を含まないバッチまたはプレミックスが使用されることが保証され得る。
以下、粒子含有多孔性フィルムの製造方法について説明する。粒子含有多孔性フィルムを製造するためのプロセス速度は、広い範囲内で変えることができる。粒子の添加により、ガス透過性が不十分であるか、または破損の数がより多いことに関係しない、より速いプロセス速度が可能になる。プロセス速度は、一般に、3〜400m/分、好ましくは、5〜250m/分、特に、6〜150m/分または6.5〜100m/分である。
この方法に従い、多孔性フィルムは、公知のシート状フィルム押出法または共押出法によって製造される。この方法の範囲において、それぞれの層のポリマー(プロピレンホモポリマーおよび/またはプロピレンブロックコポリマー)および一般にβ−晶核剤および粒子の混合物および場合によりさらなるポリマーを混合し、押出機内で溶融し、一緒にかつ同時に、フラットノズルを介してデリバリロール上に押出成形または共押出成形し、その上で、β−晶子を形成させながら、一層または二層以上の溶融フィルムを凝固させて、冷却するというように進行する。冷却温度および冷却時間は、可能な限り高い割合のβ−晶型ポリプロピレンがプレフィルムの多孔質層に形成されるように選択される。一般に、デリバリロールのこの温度は60〜140℃、好ましくは、80〜130℃である。この温度での滞留時間は変化してもよいが、少なくとも2〜120秒、好ましくは、3〜60秒でなければならない。このようにして得られたプレフィルムは、一般に、30〜70%、好ましくは、50〜90%の割合のβ−晶を多孔質層に含有する(第一の加熱)。
多孔質層中のβ−晶型ポリプロピレンの割合が高いこのプレフィルムは、引き続いて、β−晶がα−晶型ポリプロピレンに変換され、そして、ネットワーク状の多孔質構造が形成されるように二軸延伸される。二軸延伸(配向)は、一般に、好ましくは、最初に、長手方向(機械方向)に延伸し、次に横方向(機械方向に対して垂直方向)に延伸するように順次遂行される。
長手方向に延伸するために、プレフィルムを最初に一つまたは二つ以上の加熱ロールを介して供給することで、フィルムを適切な温度に加熱する。一般に、この温度は140℃未満、好ましくは70〜120℃である。次いで、長手方向の延伸は、一般に、二つの、所望の延伸比に応じて異なる高速走行ロールを用いて行われる。長手方向の延伸比は、2:1〜6:1、好ましくは3:1〜5:1の範囲である。
この長手方向の延伸の後、フィルムは、最初に、適切な、温度調節されたロールにより再び冷却される。続いて、いわゆる加熱ゾーンにおいて、一般に、120〜145℃の温度である横方向の延伸温度に再度加熱される。続いて、横方向の延伸は、適切なクリップフレームを用いて行われ、横方向の延伸比は2:1〜9:1、好ましくは、3:1〜8:1の範囲である。
場合によっては、最後の延伸の後、一般に、フィルムの一方または両方の表面を、公知の方法の一つによってコロナ処理、プラズマ処理または火炎処理してもよく、その結果。電解質による充填および/または後続のコーティングの接着に有利に作用する。
引き続いて、場合によっては、110〜150℃の温度、好ましくは125〜145℃の温度で約5〜500秒間、好ましくは、10〜300秒間、例えば、ロールまたはエアーヒーターを介してフィルムを熱硬化させる(Thermofisierung)(熱処理する)。場合によっては、フィルムは、熱硬化の直前またはその間に収束するように誘導され、収束は好ましくは5〜25%、特に、8〜20%である。収束とは、横方向の延伸フレームのわずかな崩壊を意味すると理解され、横方向の延伸プロセスの終わりに与えられるフレームの最大幅は、熱硬化の終わりにおけるフレームの最大幅よりも大きい。当然ながら、フィルムウェブの幅についても同様である。横方向の延伸フレームの収束の程度は、横方向の延伸フレームの最大幅Bmaxと、最終フィルム幅Bfilmから次の式に従って算出される収束値として与えられる。
収束度[%]=100x(Bmax−Bfilm)/Bmax
最後に、通常の方法で巻き取り装置によりフィルムを巻き取る。
一つの方法で長手方向および横方向の延伸を連続して行う公知の連続方法では、横方向の延伸速度がプロセス速度に依存するだけでなく、引き抜き速度および冷却速度もプロセス速度によって変化する。これらのパラメータは個別に選択することはできない。より速いプロセス速度では、横方向の延伸速度および引き抜き速度の両方が増加するが、同時に、プレフィルムの冷却時間が減少することになる。これは、必ずしもそうなるとは限らないが、追加の問題になる可能性がある。
上述のプロセス速度は、いずれの場合にも、フィルムが、最終的に巻き取られる時に走行/巻き取られる速度、例えば、m/分であると理解される。多孔性フィルムを製造するための本発明の方法におけるプロセス条件は、二軸配向フィルムの製造において、通常、保持されるプロセス条件とは異なる。高い空隙率および浸透性を達成するためには、プレフィルムに凝固する際の冷却条件、ならびに延伸に関与する温度および因子が重要である。まず、適切にゆっくりと、かつ、中程度の冷却によって、すなわち、比較的高い温度で、プレフィルム中のβ−晶の割合を高くしなければならない。引き続く長手方向の延伸において、β−晶はアルファ型に変換され、その結果、微小亀裂の形態の不純物が生じる。これらの不純物を十分な数で、かつ、正確な形態で生じさせるためには、比較的低い温度で長手方向の延伸を行わなければならない。横方向の延伸では、これらの不純物が細孔に引き裂かれ、これらの多孔性フィルムの特徴的なネットワーク上構造が形成される。
これらは、従来のBOPPプロセスと比較して、特に長手方向の延伸の場合に、低温が高い延伸力を必要とし、これは一方ではポリマーマトリックス中の高い配向をもたらし、他方では破壊のリスクを増大させる。所望の多孔性が高ければ高いほど、延伸温度は低くなければならず、延伸倍数が高くなければならない。したがって、フィルムの多孔性および透過性が高ければ高いほど、プロセスはより臨界的になる。そのため、延伸倍率を高くするか、延伸温度を下げることによって、空隙率を任意に大きくすることはできない。特に、長手方向の延伸温度が低下すると、フィルムの走行安全性が著しく損なわれ、スプライスの傾向が望ましくなくなる。それ故、例えば、70℃未満の低い長手方向の延伸温度により、多孔性をもはや改善することはできない。
また、横方向の延伸時の延伸速度によって、フィルムの多孔性および透過性にさらに影響を及ぼすことも可能である。ゆっくりとした横方向の延伸によって、製造プロセス中に破損または他の故障を増加させることなく、多孔性および透過性がさらに高められる。しかし、プロセス速度が遅いと、製造コストが大幅に増加する。
粒子の添加は多孔質構造の形成を促進するが、粒子単独では細孔の形成を引き起こさないという利点がある。粒子は、ある含量のβ−晶型ポリプロピレンと関連して、細孔構造の形成を有利に促進するため、プレフィルム中に所定のβ−晶含有量を有する場合には、粒子の添加により著しく高い多孔度を達成することができ、これは、所与のβ−割合における適切な粒子の添加なしには表現することはできない。粒子は、β−晶と相乗的に相互作用するため、フィルム中のβ−含有量を低下させてもガーレー値は低くならない。改善されたガス透過性は、粒子がガーレー値の改善に寄与する、つまり、本発明による粒子含有フィルムは、同じガーレー値でより速く、つまり、安価に製造できるため、プロセス速度を増加させることによって肯定的な方法で利用することもできる。
驚くべきことに、フィルムが本発明による粒子を含有する場合、プロセス速度の増加にもかかわらず、破損部の数は有意に増加しないことが見出された。あるいは、この方法により、特に高い透過率を有するフィルムを製造することができる。
二軸延伸された単層または多層の粒子含有多孔性フィルムは、少なくとも多孔質の粒子含有層の表面上に、無機の、好ましくは、セラミックのコーティングが本発明により設けられる。この無機コーティングは、電気的に絶縁性であるか、または電気的に絶縁性の粒子から構成される。
本発明による無機の、好ましくはセラミックのコーティングは、セラミック粒子を意味するとも理解される無機粒子を含む。D50値として表される粒径は、0.005〜10μmの範囲、好ましくは、0.01〜5μmの範囲にある。正確な粒径の選択は無機コーティング、好ましくはセラミックコーティングの厚さに依存する。ここで、D50値は、無機の、好ましくはセラミックのコーティングの厚さの50%を超えてはならず、好ましくは無機の、好ましくはセラミックのコーティングの厚さの33%を超えてはならないことが判明しており、好ましくは、セラミックコーティングの厚さの25%である。本発明の特に好ましい実施形態では、D90値は、無機の、好ましくはセラミックのコーティングの厚さの50%以下、好ましくは無機の、好ましくはセラミックのコーティングの厚さの33%以下、特に、無機の、好ましくはセラミックコーティングの厚さの25%以下である。
本発明の範囲における無機、好ましくはセラミックの粒子としては、それらが上記粒径を有するならば、すべての天然または合成鉱物であると理解される。無機の、好ましくはセラミックの粒子は、粒子の幾何学的形状に関して限定されないが、好ましくは球状の粒子である。さらに、無機の、好ましくはセラミックの粒子は、結晶性、部分結晶性(少なくとも30%結晶化度)または非結晶性であってもよい。
本発明の範囲において、セラミック粒子は、ケイ酸塩原料、酸化物原料、特に金属酸化物、および/または非酸化物および非金属原料に基づく材料を意味すると理解される。
適切なシリケート原料は、SiO4四面体を有する材料、例えば、層状またはフレームワークシリケート(テクトケイ酸塩)を含む。適切な酸化物原料、特に金属酸化物は、例えば、酸化アルミニウム、水酸化アルミニウム(ベーマイト)、酸化ジルコニウム、チタン酸バリウム、チタン酸ジルコン酸鉛、フェライト、二酸化チタンおよび酸化亜鉛である。好適なベーマイト化合物は、例えば、国際公開第99/33125A号パンフレット(特許文献13)に記載されている。
適切な非酸化物および非金属原料は、例えば、炭化ケイ素、窒化ケイ素、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、ホウ化チタンおよびケイ化モリブデンである。
本発明に従って使用される粒子は、電気絶縁材料、好ましくは、非導電性の、金属Al、Zr、Si、Sn、Tiおよび/またはYの酸化物からなる。そのような粒子の製造は、例えば、ドイツ国特許出願公開第10208277A号明細書(特許文献9)に詳細に記載されている。
無機、好ましくは、セラミックの粒子内では、特に、分子式SiO2のケイ素の酸化物をベースとする粒子であり、並びに分子式AlNaSiO2の混合酸化物及び分子式TiO2のチタンの酸化物が好ましく、ここで、これらは、結晶形、アモルファス形または混合形であってもよい。無機の、好ましくはセラミックの粒子は、好ましくは多結晶材料であり、特に結晶化度が30%を超えるものである。
本発明による無機の、好ましくはセラミックのコーティングは、好ましくは、0.1μm〜50μm、特に、0.5μm〜20μmの厚さを有する。
無機、好ましくはセラミックコーティングの塗布量は、乾燥後のバインダーおよび粒子に基づいて、好ましくは、0.3g/m2〜60g/m2、特に、0.5g/m2〜40g/m2である。
適用される無機の、好ましくはセラミックの粒子の量は、乾燥後の粒子に基づいて、好ましくは、0.2g/m2〜40g/m2、特に、0.25g/m2〜30g/m2である。
本発明による無機の、好ましくはセラミックのコーティングは、好ましくは、1.5〜10g/cm3、好ましくは、2〜8g/cm3の範囲の密度を有する無機の、好ましくはセラミックの粒子を含む。
本発明の無機、好ましくは、セラミックコーティングは、好ましくは、モーススケールで少なくとも2の硬度を有する無機、好ましくはセラミック粒子を含む。
本発明による無機の、好ましくはセラミックのコーティングは、好ましくは少なくとも200℃、特に少なくとも250℃、非常に特に好ましくは少なくとも300℃の溶融温度を有する無機の、好ましくはセラミックの粒子を含む。さらに、前記粒子は、前記温度で分解してはならない。上記の情報は、公知の方法、例えば、DSC(示差走査熱量測定)またはTG(熱重量測定)を用いて測定できる。
本発明による無機の、好ましくはセラミックのコーティングは、好ましくは少なくとも100kPa、より好ましくは少なくとも150kPa、特に少なくとも250kPaの圧縮強度を有する無機の、好ましくはセラミックの粒子を含む。圧縮強度は、存在する粒子の少なくとも90%が、加えられた圧力によって破壊されなかったことを意味する。
0.1μm〜50μmの厚さおよび0.05〜15μm(d 50値)、好ましくは、0.1〜10μm(d 50値)の範囲の無機、好ましくはセラミック粒子を有するコーティングが好ましい。
(i)0.1μm〜50μmの厚さ、(ii)0.05〜15μm(d 50値)、好ましくは0.1〜10μm(d 50値)の範囲のセラミック粒子であって、その圧縮強度が少なくとも100kPa、より好ましくは少なくとも150kPa、特に少なくとも250kPaである、コーティングが特に好ましい。
(i)厚さ0.1μm〜50μm、(ii)0.05〜15μm(d50値)、好ましくは0.1〜10μm(d50値)の範囲の無機、好ましくはセラミック粒子であって、その圧縮強度が少なくとも100kPa、特に好ましくは少なくとも150kPa、特に少なくとも250kPaであり、D50値が、無機、好ましくはセラミックのコーティングの厚さの50%以下であり、好ましくは無機、好ましくはセラミックのコーティングの厚さの33%以下、特に無機の、好ましくはセラミックのコーティングの厚さの25%以下であるコーティングが特に好ましい。
本発明による無機、好ましくは、セラミックコーティングは、前記無機、好ましくは、セラミック粒子以外にも、ポリビニリデンジクロリド(PVDC)、ポリアクリレート、ポリメタクリレート、ポリエチレンイミン、ポリエステル、ポリアミド、ポリイミド、ポリウレタン、ポリカーボネート、シリケートバインダー、グラフトポリオレフィン、ゴム状バインダー(例えばスチレン−ブタジエンコポリマー:SBR)バインダー、ハロゲン化された、好ましくはフッ素化されたポリマーのクラスのポリマー、例えばPTFEまたはPVDC、およびそれらの混合物をベースとするバインダーの群から選択される少なくとも一つの最終的に固化したバインダーを含む。
本発明で使用されるバインダーは電気的に絶縁性でなくてはならない、つまり、電気伝導性を有してはならない。電気的に絶縁性であるか、または電気伝導性がないということは、これらの特性が限定された範囲で存在することができるが、コーティングされていないフィルムと比較して値を増加させないことを意味する。
ポリビニリデンジクロリド(PVDC)、ポリアクリレート、ポリメタクリレート、ポリエチレンイミン、ポリエステル、ポリアミド、ポリイミド、ポリウレタン、ポリカーボネート、シリケートバインダー、グラフトポリオレフィン、ハロゲン化ポリマーのクラスからのポリマー、例えば、PTFE、およびそれらの混合物をベースとするバインダーの群から選択される最終的に固化したバインダーの塗布量は、好ましくは、0.05g/m2〜20g/m2、特に、0.1g/m2〜10g/m2(乾燥された、バインダーのみ)である。ポリビニリデンジクロリド(PVDC)をベースとするバインダーの好ましい範囲は、0.05g/m2〜20g/m2、好ましくは、0.1g/m2〜10g/m2(乾燥された、バインダーのみ)である。
本発明の無機、好ましくは、セラミックコーティングは、乾燥状態のバインダーおよび無機、好ましくはセラミック粒子に基づいて、98重量%〜50重量%の無機、好ましくはセラミック粒子および2重量%〜50重量%の、ポリビニリデンジクロリド(PVDC)、ポリアクリレート、ポリメタクリレート、ポリエチレンイミン、ポリエステル、ポリアミド、ポリイミド、ポリウレタン、ポリカーボネート、シリケートバインダー、グラフトポリオレフィン、ハロゲン化ポリマーのクラスからのポリマー、例えばPTFE、およびそれらの混合物をベースとするバインダーの群から選択されるバインダーを含み、かつ、該バインダー中で、ポリビニリデンジクロリド(PVDC)ベースの、最終的に固化したバインダーが好ましい。さらに、本発明によるセラミックコーティングは、分散液を取り扱うために必要な少ない範囲の添加剤も有することができる。
本発明による無機の、好ましくはセラミックのコーティングは、公知の技術、例えばスロットダイコーティング、ドクターブレードまたはスプレーによって多孔性フィルムの粒子含有表面上に適用される。
好ましくは、無機の、好ましくはセラミックのコーティングは、分散液として適用される。これらの分散液は、好ましくは水性分散液の形態であり、本発明の無機、好ましくはセラミック粒子に加えて、少なくとも一つの上記のバインダー、好ましくは、ポリビニリデンクロリド(PVDC)をベースとするバインダー、水および、場合によっては、多孔質BOPPフィルムの濡れ性を向上させることができる有機物質を含む。該有機物質は、揮発性有機物質、例えば、一価または多価アルコール、特に、沸点が140℃を超えないものである。入手可能性のために、イソプロパノール、プロパノールおよびエタノールが特に好ましい。
無機の、好ましくはセラミックの粒子の塗布は、例えば、ドイツ国特許出願公開第10208277号明細書(特許文献9)に詳細に記載されている。
好ましい分散液は、次を含む。
(i)20重量%〜90重量%、特に好ましくは30重量%〜80重量%の無機、好ましくはセラミック粒子、
(ii)ポリビニリデンジクロリド(PVDC)、ゴム状バインダー、ポリアクリレート、ポリメタクリレート、ポリエチレンイミン、ポリエステル、ポリアミド、ポリイミド、ポリウレタン、ポリカーボネート、シリケートバインダー、グラフトポリオレフィン、ハロゲン化ポリマーのクラスからのポリマー、例えばPTFE、およびそれらの混合物をベースとするバインダーの群から選択された、1重量%〜30重量%、特に好ましくは1.5重量%〜20重量%のバインダーであって、該バインダーの中で、ポリビニリデンジクロリド(PVDC)をベースとする、最終的に固化したバインダーが好ましい。
(iii)場合によっては、分散安定性を向上させるか、または多孔性BOPPフィルムへの濡れ性を高める有機物質、特に一価または多価アルコールを、1重量%〜30重量%、特に好ましくは0.01重量%〜0.5重量%
(iv)場合によっては、分散安定剤および/または消泡剤のようなさらなる添加剤を、0.00001重量%〜10重量%、特に好ましくは0.001重量%〜5重量%
(v)全ての成分の合計が100重量%になるような水
(i)20重量%〜90重量%、特に好ましくは30重量%〜80重量%の無機、好ましくはセラミック粒子、
(ii)ポリビニリデンジクロリド(PVDC)、ゴム状バインダー、ポリアクリレート、ポリメタクリレート、ポリエチレンイミン、ポリエステル、ポリアミド、ポリイミド、ポリウレタン、ポリカーボネート、シリケートバインダー、グラフトポリオレフィン、ハロゲン化ポリマーのクラスからのポリマー、例えばPTFE、およびそれらの混合物をベースとするバインダーの群から選択された、1重量%〜30重量%、特に好ましくは1.5重量%〜20重量%のバインダーであって、該バインダーの中で、ポリビニリデンジクロリド(PVDC)をベースとする、最終的に固化したバインダーが好ましい。
(iii)場合によっては、分散安定性を向上させるか、または多孔性BOPPフィルムへの濡れ性を高める有機物質、特に一価または多価アルコールを、1重量%〜30重量%、特に好ましくは0.01重量%〜0.5重量%
(iv)場合によっては、分散安定剤および/または消泡剤のようなさらなる添加剤を、0.00001重量%〜10重量%、特に好ましくは0.001重量%〜5重量%
(v)全ての成分の合計が100重量%になるような水
無機コーティングが追加的に提供される粒子含有ベースフィルムからなる本発明によるフィルムは、優れた保護機能によって特徴付けられる。電池ののセパレータとして使用する場合に、火災や爆発の危険性を大幅に低減することができる。160℃を超える非常に高い温度負荷では、多孔性フィルムの粒子および該粒子と無機コーティングとの組み合わせは、電極接触を確実に防止する極めて有効で安定な層を維持する。
同時に、ベースフィルムのコーティングの後でさえ、良好なガス透過性および低いガーレー値が維持され、その結果、本発明によるコーティングされた多孔性フィルムは、高品質のセパレータフィルムのための他の全ての要件も満たす。
したがって、非常に高い透過性および電極接触によって生じる短絡に対する保護が必要とされるすべての用途において、フィルムを有利に使用することができる。従って、本発明によるフィルムは、電池、特に性能及び安全性に対する高い要求を有するリチウム電池において、高多孔性のセパレータとしての使用に非常に適している。
原材料およびフィルムを特徴付けるために、以下の測定方法を使用した。
粒度/粒径:
平均粒度は、ISO 13320−1に従うレーザー光散乱法によって測定される。分析に適した機器は、例えばMicrotrac S3500である。
平均粒度は、ISO 13320−1に従うレーザー光散乱法によって測定される。分析に適した機器は、例えばMicrotrac S3500である。
凝集物のサイズおよび分散した粒子(粒子)の絶対粒度は、走査型電子顕微鏡によって調べることができる。このために、サンプルキャリア上に広げられた粒子のSEM画像、または10mm2の大きさのコーティングされていない多孔性フィルムの白金または金蒸着箔マスター上のSEM画像、またはマスターバッチのペレットのSEM画像のいずれかによって行われる。コーティングされていないフィルムサンプル、あるいは粒子またはバッチの他の対応する画像は、1μm超の粒子の存在について光学的に検査される。>1mmの絶対寸法を有する一個以下の粒子が、10mm2のコーティングされていないフィルムサンプルのSEM画像に見出されない場合、本発明による多孔性フィルムの要件が満たされる。
メルトフローインデックス
プロピレンポリマーのメルトフローインデックスは、DIN53735に従って、2.16kg荷重および230℃で測定した。
プロピレンポリマーのメルトフローインデックスは、DIN53735に従って、2.16kg荷重および230℃で測定した。
融点
本発明の範囲における融点は、DSC曲線の最大値である。融点を測定するために、20〜200℃の範囲内の10K/1分の加熱および冷却速度でDSC曲線を記録する。融点の測定のために、200〜20℃の範囲で10K/1分で冷却した後の第二の加熱曲線を通常通り評価する。
本発明の範囲における融点は、DSC曲線の最大値である。融点を測定するために、20〜200℃の範囲内の10K/1分の加熱および冷却速度でDSC曲線を記録する。融点の測定のために、200〜20℃の範囲で10K/1分で冷却した後の第二の加熱曲線を通常通り評価する。
β−含有量
β−晶型ポリプロピレンの割合は、DSCによって測定される。この特徴付けは、J. o. Appl. Polymer Science, Vol. 74, p.: 2357−2368, 1999 von Varga(非特許文献1)に記載されているように、以下のように実施した。β−晶核剤を添加した試料を、最初にDSC中で、20℃/分の加熱速度で220℃に加熱して溶融させる(第一の加熱)。その後、10℃/分の冷却速度で100℃まで冷却した後、10K/分の加熱速度で再溶融させる(第二の加熱)。
β−晶型ポリプロピレンの割合は、DSCによって測定される。この特徴付けは、J. o. Appl. Polymer Science, Vol. 74, p.: 2357−2368, 1999 von Varga(非特許文献1)に記載されているように、以下のように実施した。β−晶核剤を添加した試料を、最初にDSC中で、20℃/分の加熱速度で220℃に加熱して溶融させる(第一の加熱)。その後、10℃/分の冷却速度で100℃まで冷却した後、10K/分の加熱速度で再溶融させる(第二の加熱)。
第一の加熱のDSC曲線から、β−晶相(Hβ)の融解エンタルピーの、β−晶相と結晶相(Hβ+H)の融解エンタルピーの合計に対する比から、測定されたサンプル(未延伸フィルム、射出成形部品)中に存在する、結晶性Kβ、DSC(β−晶型ポリプロピレンの割合)が決定される。パーセントの値は次のように計算される。
Kβ,DSC[%]=100×(Hβ)/(Hβ+H)
第二の加熱のDSC曲線から、β−晶相(Hβ)の融解エンタルピーの、β−晶相と結晶相(Hβ+H)の融解エンタルピーの合計に対する比から、各ポリプロピレン試料のβ−割合を与える、最大限に到達し得る結晶性Kβ、DSC(第二の加熱)が決定される。
密度
密度はDIN 53 479、方法Aに従って測定する。
密度はDIN 53 479、方法Aに従って測定する。
最大細孔径および平均細孔径
最大細孔径および平均細孔径は、ASTM F316によるバブルポイント法によって測定した。
最大細孔径および平均細孔径は、ASTM F316によるバブルポイント法によって測定した。
多孔度
多孔度として、純粋なポリプロピレンの密度ρppと比較したフィルムの密度の低下(ρフィルム−ρpp)は、以下のように計算される。
多孔度として、純粋なポリプロピレンの密度ρppと比較したフィルムの密度の低下(ρフィルム−ρpp)は、以下のように計算される。
多孔度[%]=100×(ρpp−ρフィルム)/ρpp
透過率/透過性(ガーレー値)
フィルムの透過率は、ガーレーテスター(Gurley Tester)4110を用いて、ASTM D 726−58に従って測定した。このために、100ccの空気が1平方インチ(6.452cm2)のフィルム面積を透過するのに要する時間(秒)を測定する。フィルム全体にわたる圧力差は、高さ12.4cmの水柱の圧力に対応する。その時必要とされる時間は、ガーレー値に対応する。単位は秒/100cm3である。
フィルムの透過率は、ガーレーテスター(Gurley Tester)4110を用いて、ASTM D 726−58に従って測定した。このために、100ccの空気が1平方インチ(6.452cm2)のフィルム面積を透過するのに要する時間(秒)を測定する。フィルム全体にわたる圧力差は、高さ12.4cmの水柱の圧力に対応する。その時必要とされる時間は、ガーレー値に対応する。単位は秒/100cm3である。
粘着挙動:
6cm×6cmのコーティングされたフィルムサンプルをテンプレートで切り取った。エッジ径0.5mmのステンレス鋼製の8×8×8cmの大きさのキューブ上に、この切片を3cmの重なりで置く。
6cm×6cmのコーティングされたフィルムサンプルをテンプレートで切り取った。エッジ径0.5mmのステンレス鋼製の8×8×8cmの大きさのキューブ上に、この切片を3cmの重なりで置く。
突出した3cmは、キューブのエッジで直角に曲げられる。
コーティングの粘着性が乏しい場合、コーティングはエッジから壊れ、指で擦り取ることができる。
粘着性が良好な場合、せいぜい曲げエッジに亀裂が生ずるだけで、フィルムへの粘着性は保持される。
面密度
100mm×100mmの面積を有する、画定されたフィルム試料を切り出し、次いで分析天秤上で秤量する。この重量に100を掛けたものは、セパレータフィルムの平方メートルの面密度をg/m2で与える。
100mm×100mmの面積を有する、画定されたフィルム試料を切り出し、次いで分析天秤上で秤量する。この重量に100を掛けたものは、セパレータフィルムの平方メートルの面密度をg/m2で与える。
塗布量
面密度の測定に記載されているように、最初に、フィルムの面密度がコーティングの前および後に測定される。両者の面密度の差は、無機コーティングの塗布量をg/m2で与える。
面密度の測定に記載されているように、最初に、フィルムの面密度がコーティングの前および後に測定される。両者の面密度の差は、無機コーティングの塗布量をg/m2で与える。
以下の実施例によって本発明を説明する。
例A:バッチの製造
第一の工程で、ポリマー(ポリプロピレン)および粒子のバッチを製造し、その後の実験に用いた。このバッチを以下のように製造した。
第一の工程で、ポリマー(ポリプロピレン)および粒子のバッチを製造し、その後の実験に用いた。このバッチを以下のように製造した。
二軸スクリュー押出機中で、TiO2顔料(Huntsmann TR28)60重量%と晶核剤(ピメリン酸カルシウム)としてのピメリン酸カルシウム0.04重量%とを230℃の温度およびスクリュー回転速度270リットル/分で、39.96重量%のアイソタクチックポリプロピレンホモポリマー(融点162℃、MFI 3g/10分)のペレットとを混合し、溶融し、ペレット化した。バッチのSEM画像は、粒径が20〜500nmの微細なTiO2粒子を示し、1μmを超える凝集物は存在しない。バッチのβ活性は、第二の加熱で91%の値を示す。
例B:フィルムの製造
フィルム例:1
押出法により、240℃〜250℃の押出温度でスロットダイから二層型のプレフィルムを押出した。押出機のスループットは、層A:Bの厚さ比が1:2となるように選択した。押出機のスループットは、層A:Bの厚さの比が1:2となるように選択した。多層のプレフィルムを最初にチルロール上に引き出し、冷却した。その後、プレフィルムを長手方向および横方向に配向させ、最終的に固化させた。フィルムの層は以下の組成を有していた。
フィルム例:1
押出法により、240℃〜250℃の押出温度でスロットダイから二層型のプレフィルムを押出した。押出機のスループットは、層A:Bの厚さ比が1:2となるように選択した。押出機のスループットは、層A:Bの厚さの比が1:2となるように選択した。多層のプレフィルムを最初にチルロール上に引き出し、冷却した。その後、プレフィルムを長手方向および横方向に配向させ、最終的に固化させた。フィルムの層は以下の組成を有していた。
層Aの組成:
40重量% 実施例AによるTiO2バッチ、該TiO2バッチは、それぞれバッチに基づいて、
60重量% TiO2
約39.96重量% プロピレンホモポリマー
0.04重量% 晶核剤
60重量% ポリプロピレン混合物、該混合物は、それぞれ、該混合物に基づいて、
約60重量%のプロピレンホモポリマー(PP)であって、これは、4.5重量%(PP100%に基づいて)のn−ヘプタン可溶性画分および165℃の融点および230℃および2.16kg荷重(DIN 53 735)で3.2g/10分のメルトフローインデックスを有する、および
約39.96重量%のプロピレン−エチレンブロックコポリマーであって、これは、ブロックコポリマーに基づいて、約5重量%のエチレン含有量および6g/10分のメルトフローインデックス(230℃および2.16kg)を有する、
0.04重量%の、β核剤としてのナノCaピメリン酸塩
40重量% 実施例AによるTiO2バッチ、該TiO2バッチは、それぞれバッチに基づいて、
60重量% TiO2
約39.96重量% プロピレンホモポリマー
0.04重量% 晶核剤
60重量% ポリプロピレン混合物、該混合物は、それぞれ、該混合物に基づいて、
約60重量%のプロピレンホモポリマー(PP)であって、これは、4.5重量%(PP100%に基づいて)のn−ヘプタン可溶性画分および165℃の融点および230℃および2.16kg荷重(DIN 53 735)で3.2g/10分のメルトフローインデックスを有する、および
約39.96重量%のプロピレン−エチレンブロックコポリマーであって、これは、ブロックコポリマーに基づいて、約5重量%のエチレン含有量および6g/10分のメルトフローインデックス(230℃および2.16kg)を有する、
0.04重量%の、β核剤としてのナノCaピメリン酸塩
層Bの組成:
約80重量%のプロピレンホモポリマー(PP)であって、これは、4.5重量%(PP100%に基づいて)のn−ヘプタン可溶性画分および165℃の融点および230℃および2.16kg荷重(DIN 53 735)で3.2g/10分のメルトフローインデックスを有する、および
約19.96重量%のプロピレン−エチレンブロックコポリマーであって、これは、ブロックコポリマーに基づいて、約5重量%のエチレン含有量および6g/10分のメルトフローインデックス(230℃および2.16kg)を有する、
0.04重量%の、β核剤としてのナノCaピメリン酸塩
約80重量%のプロピレンホモポリマー(PP)であって、これは、4.5重量%(PP100%に基づいて)のn−ヘプタン可溶性画分および165℃の融点および230℃および2.16kg荷重(DIN 53 735)で3.2g/10分のメルトフローインデックスを有する、および
約19.96重量%のプロピレン−エチレンブロックコポリマーであって、これは、ブロックコポリマーに基づいて、約5重量%のエチレン含有量および6g/10分のメルトフローインデックス(230℃および2.16kg)を有する、
0.04重量%の、β核剤としてのナノCaピメリン酸塩
フィルムの層はさらに、安定剤および中和剤を慣用的な量で含有していた。ナノCa−ピメリン酸塩は、国際公開第2011047797号パンフレット(特許文献14)の実施例1aまたは1bに記載のように製造した。
押出後、ポリマー混合物を第一の引き抜きロールおよびさらなるロールトリオを介して引き抜き、冷却して固化させ、次いで長手方向に延伸し、横方向に延伸して固定し、その際、具体的には、以下の条件が選択された。
押出成形:押出温度245℃
冷却ロール:温度125℃、
引き出し速度:1.5m/分(引き出しロールの滞留時間:55秒)
延伸:予熱ロール:92 延伸ロール T=90℃
遠心率3.6倍
横方向遠心:加熱ゾーン T=145°C
延伸ゾーン T=145°C
横方向の延伸 4.8倍
コンバージェンス:13%
押出成形:押出温度245℃
冷却ロール:温度125℃、
引き出し速度:1.5m/分(引き出しロールの滞留時間:55秒)
延伸:予熱ロール:92 延伸ロール T=90℃
遠心率3.6倍
横方向遠心:加熱ゾーン T=145°C
延伸ゾーン T=145°C
横方向の延伸 4.8倍
コンバージェンス:13%
1500mの走行長さの亀裂のないロールで駆動した。このようにして製造した多孔性フィルムは、厚さ約30μmであり、密度は0.33g/cm3であり、均一な白色不透明外観を示した。多孔率は66%であり、ガーレー値は160秒であった。側面Aの表面のSEM画像は、TiO2凝集物を示さず、10mm2の検査面積上に>1μmの粒子サイズの粒子を示さなかった。
フィルム例2
フィルム例1に記載したようにして、二層型のフィルムを製造した。例1とは異なり、引き出し速度は2.5m/分に高めた。層の組成および他のプロセス条件は変更しなかった。引き出し速度の増加にもかかわらず、亀裂なく800mの走行長さが製造された。厚さは20μmに減少した。引き抜きロールの滞留時間が短いにもかかわらず、ガーレー値は驚いたことに約140秒に減少した。このフィルムにおいても、TiO2凝集体はなく、10mm2の面積上に>1μmの粒子サイズを有する粒子は、SEMによって側面A上で識別されなかった。
フィルム例1に記載したようにして、二層型のフィルムを製造した。例1とは異なり、引き出し速度は2.5m/分に高めた。層の組成および他のプロセス条件は変更しなかった。引き出し速度の増加にもかかわらず、亀裂なく800mの走行長さが製造された。厚さは20μmに減少した。引き抜きロールの滞留時間が短いにもかかわらず、ガーレー値は驚いたことに約140秒に減少した。このフィルムにおいても、TiO2凝集体はなく、10mm2の面積上に>1μmの粒子サイズを有する粒子は、SEMによって側面A上で識別されなかった。
フィルム例3
フィルム例1に記載したようにして、フィルムを製造した。フィルム例1とは異なり、層Bは今や層Aと同じ組成を有していた。層Aの組成およびプロセス条件は変更しなかった。フィルムの厚さは31μmであり、驚くべきことにガーレー値は100秒未満に減少した。また、この組成物は非常に良好な走行安全性を示し、2000mの走行長さのロールが製造された。このフィルムの両面はSEMでTiO2凝集物を示さず、10mm2の表面上に>1μmの粒子サイズを有するf粒子を示さなかった。
フィルム例1に記載したようにして、フィルムを製造した。フィルム例1とは異なり、層Bは今や層Aと同じ組成を有していた。層Aの組成およびプロセス条件は変更しなかった。フィルムの厚さは31μmであり、驚くべきことにガーレー値は100秒未満に減少した。また、この組成物は非常に良好な走行安全性を示し、2000mの走行長さのロールが製造された。このフィルムの両面はSEMでTiO2凝集物を示さず、10mm2の表面上に>1μmの粒子サイズを有するf粒子を示さなかった。
フィルム例4
フィルム例3に記載されているようにして、24重量%のTiO2を有する事実上の単層フィルムを製造した。引き出し速度は(フィルム例2のように)2.5m/分に高めた。層Aおよび層Bの(同じ)組成および他のプロセス条件は変更しなかった。引き出し速度を2.5m/分にすることで、亀裂が生ずることなく1000mの走行長さのロールを製造できた。厚さは20μmに減少し、驚くべきことにガーレー値は例3のように100秒未満にとどまった。このフィルムでは、10mm2の面積上に>1μmの粒子サイズを有する凝集物および粒子は、SEMによって両側で識別されなかった。
フィルム例3に記載されているようにして、24重量%のTiO2を有する事実上の単層フィルムを製造した。引き出し速度は(フィルム例2のように)2.5m/分に高めた。層Aおよび層Bの(同じ)組成および他のプロセス条件は変更しなかった。引き出し速度を2.5m/分にすることで、亀裂が生ずることなく1000mの走行長さのロールを製造できた。厚さは20μmに減少し、驚くべきことにガーレー値は例3のように100秒未満にとどまった。このフィルムでは、10mm2の面積上に>1μmの粒子サイズを有する凝集物および粒子は、SEMによって両側で識別されなかった。
フィルム例5
フィルム例3に記載したようにして、24重量%のTiO2を含むフィルムを製造した。例3とは異なり、ポリプロピレン混合物は今や晶核剤を含まず、したがって以下の組成を有する:
約60重量%のプロピレンホモポリマー(PP)であって、これは、4.5重量%(PP100%に基づいて)のn−ヘプタン可溶性画分および165℃の融点および230℃および2.16kg荷重(DIN 53 735)で3.2g/10分のメルトフローインデックスを有する、および
約40重量%のプロピレン−エチレンブロックコポリマーであって、これは、ブロックコポリマーに基づいて、約5重量%のエチレン含有量および6g/10分のメルトフローインデックス(230℃および2.16kg)を有する。
フィルム例3に記載したようにして、24重量%のTiO2を含むフィルムを製造した。例3とは異なり、ポリプロピレン混合物は今や晶核剤を含まず、したがって以下の組成を有する:
約60重量%のプロピレンホモポリマー(PP)であって、これは、4.5重量%(PP100%に基づいて)のn−ヘプタン可溶性画分および165℃の融点および230℃および2.16kg荷重(DIN 53 735)で3.2g/10分のメルトフローインデックスを有する、および
約40重量%のプロピレン−エチレンブロックコポリマーであって、これは、ブロックコポリマーに基づいて、約5重量%のエチレン含有量および6g/10分のメルトフローインデックス(230℃および2.16kg)を有する。
それ以外は、層の組成およびTiO2バッチの組成およびプロセス条件は、例3と比較して変更しなかった。
ここでは、亀裂が生ずることなく1000mの走行長さのロールが製造できた。フィルムの厚さは28μmであり、驚くべきことにガーレー値はフィルム例3のように100秒未満であった。また、SEMによる二つ層のこのフィルムにおいても、粒径が>1μmの粒子は、10mm2の表面上に確認されなかった。
フィルム例6
フィルム例1に記載のようにして二層型フィルムを製造した。フィルム例1とは異なり、層A中のTiO2バッチの濃度を60%まで増加し、ポリプロピレン混合物の割合を40%に減少させたことによって、層Aは36重量%のTiO2を含有していた。層Bの組成およびプロセス条件は変更しなかった。この組成物はまた、非常に良好な走行安全性を示し、走行長さ1000mのロールが製造された。フィルムの厚さは27μmであり、驚くべきことにガーレー値は100秒未満に減少した。フィルムの側面Aは、10mm2の表面上に>1μmの凝集物はSEMでは見られなかった。しかしながら、約1.2μmの粒子サイズを有する粒子が確認された。
フィルム例1に記載のようにして二層型フィルムを製造した。フィルム例1とは異なり、層A中のTiO2バッチの濃度を60%まで増加し、ポリプロピレン混合物の割合を40%に減少させたことによって、層Aは36重量%のTiO2を含有していた。層Bの組成およびプロセス条件は変更しなかった。この組成物はまた、非常に良好な走行安全性を示し、走行長さ1000mのロールが製造された。フィルムの厚さは27μmであり、驚くべきことにガーレー値は100秒未満に減少した。フィルムの側面Aは、10mm2の表面上に>1μmの凝集物はSEMでは見られなかった。しかしながら、約1.2μmの粒子サイズを有する粒子が確認された。
フィルム例7
フィルム例2と同じ条件および同じ処方で、二層型フィルムを製造した。ただし、引き出し速度は5m/分に増加し、最終フィルム速度は19m/分に増加した。これらの条件下で同じ厚さのフィルムの製造を確実にするために、押出しスループットを倍増した。この組成物はまた、より高いプロセス速度で非常に良好な走行安全性を示し、走行長さ1000mのロールが製造された。フィルムの厚さは27μmであり、ガーレー値は例2と比較して170秒に増加し、プレフィルム上で測定されたベータ含有量はわずかに57%に減少した。フィルムの側面AはSEM中に凝集物を示さず、10mm2の面積上に>1μmの粒度を有する粒子を示さなかった。
フィルム例2と同じ条件および同じ処方で、二層型フィルムを製造した。ただし、引き出し速度は5m/分に増加し、最終フィルム速度は19m/分に増加した。これらの条件下で同じ厚さのフィルムの製造を確実にするために、押出しスループットを倍増した。この組成物はまた、より高いプロセス速度で非常に良好な走行安全性を示し、走行長さ1000mのロールが製造された。フィルムの厚さは27μmであり、ガーレー値は例2と比較して170秒に増加し、プレフィルム上で測定されたベータ含有量はわずかに57%に減少した。フィルムの側面AはSEM中に凝集物を示さず、10mm2の面積上に>1μmの粒度を有する粒子を示さなかった。
フィルム例8
フィルム例2と同じ条件および同じ処方で、二層型フィルムで製造した。ただし、引き抜き速度は7.5m/分に増加し、最終フィルム速度は28m/分に増加した。これらの条件下で同じ厚さのフィルムの製造を確実にするために、押出しスループットを倍増した。この組成物はまた、より高いプロセス速度で非常に良好な走行安全性を示し、走行長さ1000mのロールが製造された。フィルムの厚さは24μmであり、ガーレー値は例7と比較して198秒に増加し、プレフィルムで測定されたβ含有量はわずかに54%に減少した。フィルムの側面AはSEM中に凝集物を示さず、10mm2の面積上に>1μmの粒度を有する粒子を示さなかった。
フィルム例2と同じ条件および同じ処方で、二層型フィルムで製造した。ただし、引き抜き速度は7.5m/分に増加し、最終フィルム速度は28m/分に増加した。これらの条件下で同じ厚さのフィルムの製造を確実にするために、押出しスループットを倍増した。この組成物はまた、より高いプロセス速度で非常に良好な走行安全性を示し、走行長さ1000mのロールが製造された。フィルムの厚さは24μmであり、ガーレー値は例7と比較して198秒に増加し、プレフィルムで測定されたβ含有量はわずかに54%に減少した。フィルムの側面AはSEM中に凝集物を示さず、10mm2の面積上に>1μmの粒度を有する粒子を示さなかった。
フィルム例9
フィルム例2と同じ条件および同じ処方で、二層型フィルムを製造した。ただし、引き出し速度を10m/分に増加し、最終的なフィルム速度は37m/分に増加した。これらの条件下で同じ厚さのフィルムの製造を確実にするために、押出しスループットを倍増した。この組成物はまた、より高いプロセス速度で非常に良好な走行安全性を示し、走行長さ1000mのロールが製造された。フィルムの厚さは24μmであり、ガーレー値は例8と比較して222秒に増加し、プレフィルム上で測定されたβ含有量はわずかに51%に減少した。フィルムの側面AはSEM中に凝集物を示さず、10mm2の面積上に>1μmの粒度を有する粒子を示さなかった。
フィルム例2と同じ条件および同じ処方で、二層型フィルムを製造した。ただし、引き出し速度を10m/分に増加し、最終的なフィルム速度は37m/分に増加した。これらの条件下で同じ厚さのフィルムの製造を確実にするために、押出しスループットを倍増した。この組成物はまた、より高いプロセス速度で非常に良好な走行安全性を示し、走行長さ1000mのロールが製造された。フィルムの厚さは24μmであり、ガーレー値は例8と比較して222秒に増加し、プレフィルム上で測定されたβ含有量はわずかに51%に減少した。フィルムの側面AはSEM中に凝集物を示さず、10mm2の面積上に>1μmの粒度を有する粒子を示さなかった。
フィルム例10
フィルム例2と同じ条件下で二層型のフィルムを製造した。ただし、層Aおよび層Bにおいて、プロピレン−エチレンブロックコポリマーは、高められたプロピレンホモポリマー(PP)の割合で置き換えた。
フィルム例2と同じ条件下で二層型のフィルムを製造した。ただし、層Aおよび層Bにおいて、プロピレン−エチレンブロックコポリマーは、高められたプロピレンホモポリマー(PP)の割合で置き換えた。
この組成物はまた、ブロックコポリマーが存在しなくても非常に良好な走行安全性を示し、走行長さ1000mのロールが製造された。フィルムの厚さは27μmであり、ガーレー値は170秒であった。この組成物はまた、非常に良好な走行安全性を示し、従って、走行長さ1000mのロールが製造された。フィルムのA面はSEM中に凝集物を示さず、10mm2の面積上に>1μmの粒度を有する粒子を示さなかった。
比較例1
フィルム例1に記載したのと同じ条件下でフィルムを製造した。フィルム例1とは異なり、層Bについては層Aと同じ混合物が使用され、したがってTiO2の添加は省略された。層Bの組成およびプロセス条件は変更しなかった。実際には、こうして単層型フィルムを製造した。フィルムの厚さは29μmであり、ガーレー値は200秒であった。
フィルム例1に記載したのと同じ条件下でフィルムを製造した。フィルム例1とは異なり、層Bについては層Aと同じ混合物が使用され、したがってTiO2の添加は省略された。層Bの組成およびプロセス条件は変更しなかった。実際には、こうして単層型フィルムを製造した。フィルムの厚さは29μmであり、ガーレー値は200秒であった。
比較例2
比較例1と同様の条件でフィルムを製造した。比較例1とは異なり、引き出し速度はここでは2.5m/分に高めた。その高められた引き出し速度で、亀裂することなく500mの走行長さが得られた。厚さは20μmに減少し、ガーレー値は280秒に増加した。
比較例1と同様の条件でフィルムを製造した。比較例1とは異なり、引き出し速度はここでは2.5m/分に高めた。その高められた引き出し速度で、亀裂することなく500mの走行長さが得られた。厚さは20μmに減少し、ガーレー値は280秒に増加した。
比較例3
フィルム例1に記載したのと同じ条件下で、二層型フィルムを製造した。例1とは異なり、層Aのバッチの組成を変更した。TiO2の代わりに平均粒径3μmのAL2O3を用いた。層Aのポリプロピレン混合物の組成、層Bの組成およびプロセス条件は変更しなかった。しかし、多数の亀裂のために事実上製造できなかった。
フィルム例1に記載したのと同じ条件下で、二層型フィルムを製造した。例1とは異なり、層Aのバッチの組成を変更した。TiO2の代わりに平均粒径3μmのAL2O3を用いた。層Aのポリプロピレン混合物の組成、層Bの組成およびプロセス条件は変更しなかった。しかし、多数の亀裂のために事実上製造できなかった。
比較例4
フィルム例1に記載したのと同じ条件下で、二層型フィルムを製造した。ただし、直接計量することによってバッチの代わりにTiO2を押出機に組み込んだ。製造時に頻繁に亀裂が生じた。製造された少数のフィルムは、原則的に例1によるフィルムと同じ特性を示した。フィルムの側面Aは、10mm2の面積上に1〜3μmのサイズを有するいくつかの凝集塊がSEMに示された。
フィルム例1に記載したのと同じ条件下で、二層型フィルムを製造した。ただし、直接計量することによってバッチの代わりにTiO2を押出機に組み込んだ。製造時に頻繁に亀裂が生じた。製造された少数のフィルムは、原則的に例1によるフィルムと同じ特性を示した。フィルムの側面Aは、10mm2の面積上に1〜3μmのサイズを有するいくつかの凝集塊がSEMに示された。
分散液の製造
バインダー−粒子−分散液1:
最初に、9gの水に1gのナノスケールTiO2(Evonik社のAeroxide TiO2 P25)を分散させて、10重量%濃度の粒子含有水性分散液を得た。次いで、5gのバインダー分散液をこの粒子分散液に添加した。2つの分散液を撹拌して一緒に混合した。バインダー分散液は、20重量%のアクリレート含量を有する水性アクリレート分散液(DSM NeoresinsのH2O中のNeocryl FL−715)であった。引き続き、セパレータのより向上した湿潤化のために、バインダー粒子分散液15gにイソプロパノール1.5gを添加し、そして混合した。このようにして、コーティング用の完成した粒子バインダー分散液16.5gを得た。
バインダー−粒子−分散液1:
最初に、9gの水に1gのナノスケールTiO2(Evonik社のAeroxide TiO2 P25)を分散させて、10重量%濃度の粒子含有水性分散液を得た。次いで、5gのバインダー分散液をこの粒子分散液に添加した。2つの分散液を撹拌して一緒に混合した。バインダー分散液は、20重量%のアクリレート含量を有する水性アクリレート分散液(DSM NeoresinsのH2O中のNeocryl FL−715)であった。引き続き、セパレータのより向上した湿潤化のために、バインダー粒子分散液15gにイソプロパノール1.5gを添加し、そして混合した。このようにして、コーティング用の完成した粒子バインダー分散液16.5gを得た。
バインダー−粒子−分散液2:
分散体は、分散液例1に記載のように製造した。分散液例1とは異なり、2gのナノスケールTiO2(EvonikからのAeroxide TiO2 P 25)を8gの水に分散させて、20重量%濃度の粒子含有水性分散液を得た。次いで、この粒子分散液に水性アクリレート分散液(Neocryl FL−715をH2O中、DSM Neoresinsからアクリレート含量20重量%で)5gを同様に添加して一緒に撹拌した。続いて、再び15gのバインダー粒子分散液を1.5gのイソプロパノールと混合した。このようにして、コーティング用の完成した粒子バインダー分散液16.5gを得た。このようにして、コーティング用の完成した粒子バインダー分散液16.5gを得た。
分散体は、分散液例1に記載のように製造した。分散液例1とは異なり、2gのナノスケールTiO2(EvonikからのAeroxide TiO2 P 25)を8gの水に分散させて、20重量%濃度の粒子含有水性分散液を得た。次いで、この粒子分散液に水性アクリレート分散液(Neocryl FL−715をH2O中、DSM Neoresinsからアクリレート含量20重量%で)5gを同様に添加して一緒に撹拌した。続いて、再び15gのバインダー粒子分散液を1.5gのイソプロパノールと混合した。このようにして、コーティング用の完成した粒子バインダー分散液16.5gを得た。このようにして、コーティング用の完成した粒子バインダー分散液16.5gを得た。
バインダー−粒子−分散液3:
分散体は、分散液例1に記載のように製造した。分散液例1とは異なり、3gのナノスケールTiO2(EvonikからのAeroxide TiO 2 P25)を7gの水に分散させて、30重量%濃度の粒子含有分散液を得た。次いで、この粒子分散液に水性アクリレート分散液(Neocryl FL−715をH2O中、DSM Neoresinsからアクリレート含量20重量%で)5gを同様に添加して一緒に撹拌した。続いて、再度、15gのバインダー粒子分散液を1.5gのイソプロパノールと混合した。
このようにして、コーティング用の完成した粒子バインダー分散液16.5gを得た。
分散体は、分散液例1に記載のように製造した。分散液例1とは異なり、3gのナノスケールTiO2(EvonikからのAeroxide TiO 2 P25)を7gの水に分散させて、30重量%濃度の粒子含有分散液を得た。次いで、この粒子分散液に水性アクリレート分散液(Neocryl FL−715をH2O中、DSM Neoresinsからアクリレート含量20重量%で)5gを同様に添加して一緒に撹拌した。続いて、再度、15gのバインダー粒子分散液を1.5gのイソプロパノールと混合した。
このようにして、コーティング用の完成した粒子バインダー分散液16.5gを得た。
バインダー−粒子−分散液4:
最初に、Al2O3粒子(住友スリーエム製AKP−3000、D50値0.66μm)1gを水9gに分散させ、10重量%濃度の粒子含有分散液を得た。バインダー分散液は、20重量%のアクリレート含量を有する水性アクリレート分散液(DSM NeoresinsからのH2O中のNeocryl FL−715)であった。続いて、12gのバインダー粒子分散液を1.5gのイソプロパノールと混合した。このようにして、完成した分散液の粒子−バインダー13.5gを得た。
最初に、Al2O3粒子(住友スリーエム製AKP−3000、D50値0.66μm)1gを水9gに分散させ、10重量%濃度の粒子含有分散液を得た。バインダー分散液は、20重量%のアクリレート含量を有する水性アクリレート分散液(DSM NeoresinsからのH2O中のNeocryl FL−715)であった。続いて、12gのバインダー粒子分散液を1.5gのイソプロパノールと混合した。このようにして、完成した分散液の粒子−バインダー13.5gを得た。
バインダー−粒子−分散液5:
分散液を、分散液例4に記載のように製造した。分散液の例4とは異なり、サブμmのAl2O3粒子(SumitomoからのAKP−3000、D50値:0.66μm)2gを水8gに分散させて、20重量%濃度の粒子含有水性分散液を得た。次いで、この粒子分散液を2gの水性アクリレート分散液(DSM Neoresinsの、H2O中20重量%のアクリレート含量のNeocryl FL−715)に加え、撹拌した。続いて、12gのバインダー粒子分散液を1.5gのイソプロパノールと混合した。このようにして、13.5gの完成した粒子バインダー分散液が得られた。
分散液を、分散液例4に記載のように製造した。分散液の例4とは異なり、サブμmのAl2O3粒子(SumitomoからのAKP−3000、D50値:0.66μm)2gを水8gに分散させて、20重量%濃度の粒子含有水性分散液を得た。次いで、この粒子分散液を2gの水性アクリレート分散液(DSM Neoresinsの、H2O中20重量%のアクリレート含量のNeocryl FL−715)に加え、撹拌した。続いて、12gのバインダー粒子分散液を1.5gのイソプロパノールと混合した。このようにして、13.5gの完成した粒子バインダー分散液が得られた。
バインダー−粒子−分散液6:
最初に、ベーマイト(Al2O2OH)粒子(Sasol社のD50:〜35nmのDispersal 40)1gを水9gに分散させて、10重量%濃度の粒子含有水性分散液を得た。次いで、この粒子分散液を水性アクリレート分散液(アクリレート含量20重量%(DSM Neoresinsの、H2O中のNeocryl FL−715)2gに加え、撹拌した。続いて、12gのバインダー粒子分散液を1.5gのイソプロパノールと混合した。このようにして、13.5gの完成した粒子バインダー分散液が得られた。
最初に、ベーマイト(Al2O2OH)粒子(Sasol社のD50:〜35nmのDispersal 40)1gを水9gに分散させて、10重量%濃度の粒子含有水性分散液を得た。次いで、この粒子分散液を水性アクリレート分散液(アクリレート含量20重量%(DSM Neoresinsの、H2O中のNeocryl FL−715)2gに加え、撹拌した。続いて、12gのバインダー粒子分散液を1.5gのイソプロパノールと混合した。このようにして、13.5gの完成した粒子バインダー分散液が得られた。
バインダー−粒子−分散液7:
分散液を、分散液実例4に記載のように製造した。分散液例4とは異なり、2gのベーマイト粒子(Sasol社の分散液、D50:40〜350nm)を8gの水に分散させて、20重量%濃度の粒子含有水性分散液を得た。次いで、この粒子分散液を2gの水性アクリレート分散液(DSM Neoresins の、H2O中20重量%のアクリレート含有量のNeocryl FL−715)に加え、撹拌した。続いて、12gのバインダー−粒子分散液を1.5gのイソプロパノールと混合した。このようにして、13.5gの完成した粒子バインダー分散液が得られた。
分散液を、分散液実例4に記載のように製造した。分散液例4とは異なり、2gのベーマイト粒子(Sasol社の分散液、D50:40〜350nm)を8gの水に分散させて、20重量%濃度の粒子含有水性分散液を得た。次いで、この粒子分散液を2gの水性アクリレート分散液(DSM Neoresins の、H2O中20重量%のアクリレート含有量のNeocryl FL−715)に加え、撹拌した。続いて、12gのバインダー−粒子分散液を1.5gのイソプロパノールと混合した。このようにして、13.5gの完成した粒子バインダー分散液が得られた。
コーティングされたフィルムの製造:
表2:
後述するコーティング例1〜7について、フィルム例4のフィルムをバインダー−粒子−分散液1〜7で被覆した。結果を表2に要約する。
表2:
後述するコーティング例1〜7について、フィルム例4のフィルムをバインダー−粒子−分散液1〜7で被覆した。結果を表2に要約する。
コーティング例1:
フィルム例4の粒子含有フィルムから、サイズDIN A4でサンプルを切断し、ガラス板上に固定した。続いて、分散液例1の分散液(約5〜10g)をスキージを用いて粒子含有フィルムの表面に塗布した。次いで、フィルムを乾燥オーブン中で70℃で5分間乾燥させ、次いでそれらの特性を調べた。乾燥後、秤量することにより、セラミックコーティングについて、秤量して約2g/m2のコーティング重量によって測定した。セパレータの厚さは、塗布後20μmから22μmに増加した。ガーレー値は98から165秒に増加した。コーティングは、テサ試験において優れた接着性を示した。
フィルム例4の粒子含有フィルムから、サイズDIN A4でサンプルを切断し、ガラス板上に固定した。続いて、分散液例1の分散液(約5〜10g)をスキージを用いて粒子含有フィルムの表面に塗布した。次いで、フィルムを乾燥オーブン中で70℃で5分間乾燥させ、次いでそれらの特性を調べた。乾燥後、秤量することにより、セラミックコーティングについて、秤量して約2g/m2のコーティング重量によって測定した。セパレータの厚さは、塗布後20μmから22μmに増加した。ガーレー値は98から165秒に増加した。コーティングは、テサ試験において優れた接着性を示した。
コーティング例2:
コーティング例1に記載したように、分散液2をスキージを用いて粒子含有フィルムの表面上に塗布した。次いで、フィルムを乾燥オーブン中で70℃で5分間乾燥させた。乾燥後、秤量することにより、セラミックコーティングについて、秤量して約2g/m2のコーティング重量によって測定した。セパレータの厚さは、塗布後20μmから22.5μmに増加した。ガーレー値は98から142秒に増加しました。コーティングは、テサ試験において非常に良好な接着性を示した。
コーティング例1に記載したように、分散液2をスキージを用いて粒子含有フィルムの表面上に塗布した。次いで、フィルムを乾燥オーブン中で70℃で5分間乾燥させた。乾燥後、秤量することにより、セラミックコーティングについて、秤量して約2g/m2のコーティング重量によって測定した。セパレータの厚さは、塗布後20μmから22.5μmに増加した。ガーレー値は98から142秒に増加しました。コーティングは、テサ試験において非常に良好な接着性を示した。
コーティング例3:
コーティング例1と同様にして、分散液3をスキージを用いて粒子含有フィルムの表面上に塗布した。次いで、フィルムを乾燥オーブン中で70℃で5分間乾燥させた。乾燥後、セラミックコーティングについて、約2g/m2のコーティング重量によって測定した。セパレータの厚さは、塗布後20μmから22μmに増加した。ガーレーの値は98から123に上昇した。コーティングは、テサ試験において良好な接着性を示した。
コーティング例1と同様にして、分散液3をスキージを用いて粒子含有フィルムの表面上に塗布した。次いで、フィルムを乾燥オーブン中で70℃で5分間乾燥させた。乾燥後、セラミックコーティングについて、約2g/m2のコーティング重量によって測定した。セパレータの厚さは、塗布後20μmから22μmに増加した。ガーレーの値は98から123に上昇した。コーティングは、テサ試験において良好な接着性を示した。
コーティング例4:
コーティング例1と同様にして、分散液4をスキージを用いて粒子含有フィルムの表面上に塗布した。フィルムを乾燥オーブンで70℃で5分間乾燥させた後、さらに調査した。乾燥後、セラミックコーティングのために、約2.5g/m2のコーティング重量を測定した。セパレータの厚さは、コーティング後20から22.5μmに増加した。ガーレー値は98から159秒に増加した。コーティングは、テサ試験において優れた接着性を示した。
コーティング例1と同様にして、分散液4をスキージを用いて粒子含有フィルムの表面上に塗布した。フィルムを乾燥オーブンで70℃で5分間乾燥させた後、さらに調査した。乾燥後、セラミックコーティングのために、約2.5g/m2のコーティング重量を測定した。セパレータの厚さは、コーティング後20から22.5μmに増加した。ガーレー値は98から159秒に増加した。コーティングは、テサ試験において優れた接着性を示した。
コーティング例5:
コーティング例1と同様にして、分散液5をスキージを用いて粒子含有フィルムの表面上に塗布した。フィルムを乾燥オーブンで70℃で5分間乾燥させた後、さらに調査した。乾燥後、約2.5g/m2のコーティング重量をセラミックコーティングのために測定した。セパレータの厚さは、コーティング後20から23μmに増加した。ガーレー値は98から138秒に増加した。コーティングは、テサ試験において良好な接着性を示した。
コーティング例1と同様にして、分散液5をスキージを用いて粒子含有フィルムの表面上に塗布した。フィルムを乾燥オーブンで70℃で5分間乾燥させた後、さらに調査した。乾燥後、約2.5g/m2のコーティング重量をセラミックコーティングのために測定した。セパレータの厚さは、コーティング後20から23μmに増加した。ガーレー値は98から138秒に増加した。コーティングは、テサ試験において良好な接着性を示した。
コーティング例6:
コーティング例1と同様にして、分散液6をスキージを用いて粒子含有フィルムの表面上に塗布した。フィルムを乾燥オーブンで70℃で5分間乾燥させた後、さらに調査した。乾燥後、約2.5g/m2のコーティング重量をセラミックコーティングのために測定した。セパレータの厚さは、コーティング後20から23μmに増加した。ガーレー値は98秒から144秒に増加した。コーティングは、テサ試験において非常に良好な接着性を示した。
コーティング例1と同様にして、分散液6をスキージを用いて粒子含有フィルムの表面上に塗布した。フィルムを乾燥オーブンで70℃で5分間乾燥させた後、さらに調査した。乾燥後、約2.5g/m2のコーティング重量をセラミックコーティングのために測定した。セパレータの厚さは、コーティング後20から23μmに増加した。ガーレー値は98秒から144秒に増加した。コーティングは、テサ試験において非常に良好な接着性を示した。
コーティング例7:
コーティング例1と同様にして、分散液7をスキージを用いて粒子含有フィルムの表面上に塗布した。フィルムを乾燥オーブンで70℃で5分間乾燥させた後、さらに調査した。乾燥後、約2.5g/m2のコーティング重量をセラミックコーティングのために測定した。セパレータの厚さは、コーティング後20から22.5μmに増加した。ガーレー値は98秒から128秒に増加した。コーティングは、テサ試験において良好な接着性を示した。
コーティング例1と同様にして、分散液7をスキージを用いて粒子含有フィルムの表面上に塗布した。フィルムを乾燥オーブンで70℃で5分間乾燥させた後、さらに調査した。乾燥後、約2.5g/m2のコーティング重量をセラミックコーティングのために測定した。セパレータの厚さは、コーティング後20から22.5μmに増加した。ガーレー値は98秒から128秒に増加した。コーティングは、テサ試験において良好な接着性を示した。
表3
比較例1〜7(表3)については、比較例2に従ってバインダー−粒子−分散液1〜7を塗布した。結果を表3に要約する。
比較例1〜7(表3)については、比較例2に従ってバインダー−粒子−分散液1〜7を塗布した。結果を表3に要約する。
分散液1〜7を用いたフィルム−比較例:
フィルム比較例2によるフィルムから、DIN A4サイズのサンプルを7つを切断し、ガラス板上に固定した。次に、比較例2のフィルムの表面上に、分散液1〜7の分散液5〜10gをそれぞれスキージを用いて塗布した。このようにしてコーティングしたフィルムを、乾燥オーブン中で70℃で5分間乾燥させ、次にそれらの特性を調べた。乾燥後のコーティング重量、フィルムの厚さ、ガーレー値、粘着性をコーティングしたフィルムについて調べた。結果を表3に要約する。
フィルム比較例2によるフィルムから、DIN A4サイズのサンプルを7つを切断し、ガラス板上に固定した。次に、比較例2のフィルムの表面上に、分散液1〜7の分散液5〜10gをそれぞれスキージを用いて塗布した。このようにしてコーティングしたフィルムを、乾燥オーブン中で70℃で5分間乾燥させ、次にそれらの特性を調べた。乾燥後のコーティング重量、フィルムの厚さ、ガーレー値、粘着性をコーティングしたフィルムについて調べた。結果を表3に要約する。
表4
表4の例1〜10については、フィルム例1〜10によるバインダー−粒子−分散液3でコーティングした。結果を表4に要約する。
表4の例1〜10については、フィルム例1〜10によるバインダー−粒子−分散液3でコーティングした。結果を表4に要約する。
フィルム例1〜10上の分散液3による例1〜10:
フィルム例1〜10のフィルムから、DIN A4サイズの各サンプルを切断し、ガラス板上に固定した。続いて、これらのフィルムサンプル1〜10の表面上に、分散液例3による分散液をスキージを用いて塗布した。フィルム例1,2および6〜10のフィルムでは、粒子含有層(層A)の表面上をコーティングした。このようにしてコーティングしたフィルムを、乾燥オーブン中で70℃で5分間乾燥させ、次にそれらの特性を調べた。乾燥後のコーティング重量、フィルムの厚さ、ガーレー値、粘着性をコーティングしたフィルムについて調べた。結果を表4に要約する。
フィルム例1〜10のフィルムから、DIN A4サイズの各サンプルを切断し、ガラス板上に固定した。続いて、これらのフィルムサンプル1〜10の表面上に、分散液例3による分散液をスキージを用いて塗布した。フィルム例1,2および6〜10のフィルムでは、粒子含有層(層A)の表面上をコーティングした。このようにしてコーティングしたフィルムを、乾燥オーブン中で70℃で5分間乾燥させ、次にそれらの特性を調べた。乾燥後のコーティング重量、フィルムの厚さ、ガーレー値、粘着性をコーティングしたフィルムについて調べた。結果を表4に要約する。
Claims (24)
- β−晶核剤を含み、かつ、少なくとも一つの多孔質層を含む、二軸配向した単層型または多層型多孔性フィルムであり、これは、少なくとも一つのプロピレンポリマーおよび粒子を含み、かつ、これらの粒子は200℃超の融点を有し、かつ、該多孔質層の外側表面上において、該多孔性フィルムは、無機、好ましくは、セラミック、からなる粒子のコーティングを有する、上記のフィルム。
- 前記フィルムの多孔性が、該フィルムの延伸時にβ−晶型ポリプロピレンを変換することによって得られることを特徴とする、請求項1に記載のフィルム。
- 前記フィルムが、前記多孔質層の重量に基づいて2〜60重量%の粒子を含有し、かつ、10mm2の、コーティングされていないフィルムサンプルのSEM画像において、>1μmの粒径を有する最大一つの粒子が検出可能であることを特徴とする、請求項1または2に記載のフィルム。
- 10mm2のフィルムサンプルのSEM画像において、>1μmの粒径を有する粒子が全く検出できないことを特徴とする、請求項1〜4のいずれか一つに記載のフィルム。
- 前記β−晶核剤が、前記フィルムの多孔質粒子含有層中に含まれていることを特徴とする、請求項1〜4のいずれか一つに記載のフィルム。
- 前記フィルムの多孔質の粒子含有層が、50〜85重量%のプロピレンホモポリマー、15〜50重量%のプロピレン−ブロックコポリマーおよび50〜10,000ppmのβ−晶核剤を含有することを特徴とする、請求項1〜5のいずれか一つに記載のフィルム。
- 前記コーティングされたフィルムが、500秒未満のガーレー値を有することを特徴とする、請求項1〜6のいずれか一つに記載のフィルム。
- 前記多孔質層の粒子が、無機の球状粒子であることを特徴とする、請求項1〜7のいずれか一つに記載のフィルム。
- 前記多孔質粒子含有層の粒子が、空隙化開始粒子ではなく、かつ、該空隙化開始粒子は、β−晶核剤を含まないポリプロピレンフィルムを二軸延伸すると、ポリプロピレンフィルムの密度を<0.85g/cm3に低下するような粒子であることを特徴とする、請求項1〜8のいずれか一つに記載のフィルム。
- 前記多孔質粒子含有層の粒子が、無機粒子、好ましくは、金属のAl、Zr、Si、Sn、Tiおよび/またはYの非導電性酸化物であることを特徴とする、請求項1〜9のいずれか一つに記載のフィルム。
- 前記多孔質粒子含有層の粒子が、TiO2粒子であることを特徴とする、請求項1〜10のいずれか一つに記載のフィルム。
- 前記無機、好ましくは、セラミックの粒子からなるコーティングが、D50値として表される粒度が0.05〜15μmの範囲、好ましくは、0.1〜10μmの範囲にある粒子を含むことを特徴とする、請求項1〜11のいずれか一つに記載のフィルム。
- 前記コーティングの粒子が、金属のAl、Zr、Si、Sn、Tiおよび/またはYの非導電性の酸化物を含むことを特徴とする、請求項1〜12のいずれか一つに記載のフィルム。
- 前記コーティングの粒子が、分子式SiO2のケイ素の酸化物をベースとする粒子、および分子式AlNaSiO2の混合酸化物と、分子式TiO2のチタンの酸化物とを含み、その際、これらは結晶質、アモルファスまたは混合形態で存在していることを特徴とする、請求項1〜13のいずれか一つに記載のフィルム。
- 前記コーティングの粒子が、少なくとも200℃の溶融温度を有することを特徴とする、請求項1から14のいずれか一つに記載のフィルム。
- 前記コーティングの粒子が、セラミック粒子であることを特徴とする、請求項1〜15のいずれかひとつに記載のフィルム。
- 前記無機、好ましくは、セラミックのコーティングが、0.5μm〜80μm、好ましくは1μm〜40μmの厚さを有することを特徴とする、請求項1〜16のいずれか一つに記載のフィルム。
- 無機、好ましいセラミックコーティングの塗布量が、0.5g/m2〜80g/m2、好ましくは1g/m2〜40g/m2であることを特徴とする、請求項1〜17のいずれか一つに記載のフィルム。
- 無機、好ましくは、セラミックのコーティングが、圧縮強度が少なくとも100kPa、好ましくは、少なくとも150kPa、特に少なくとも250kPaである、無機、好ましくはセラミックの粒子を含むことを特徴とする、請求項1〜18のいずれか一つに記載のフィルム。
- 前記無機、好ましくはセラミックのコーティングが、ポリビニレンジクロリド(PVDC)、ポリアクリレート、ポリメタクリレート、ポリエチレンイミン、ポリエステル、ポリアミド、ポリイミド、ポリウレタン、ポリカーボネート、シリケートバインダー、グラフト化ポリオレフィン、ハロゲン化ポリマー、好ましくはPTFEのクラスからのポリマー、およびそれらの混合物をベースとするバインダーの群から選択される少なくとも一つの完成した固体のバインダーをさらに含むことを特徴とする、請求項1〜19のいずれか一つに記載のフィルム。
- 前記無機、好ましくは、セラミックのコーティングが、ポリビニレンジクロリド(PVDC)をベースとする少なくとも一つの完成した固体のバインダーをさらに含むことを特徴とする、請求項1〜20のいずれか一つに記載のフィルム。
- 前記無機、好ましくはセラミックのコーティングが、無機、好ましくはセラミックの粒子を98重量%〜50重量%、およびポリビニレンクロリド(PVDC)、ポリアクリレート、ポリメタクリレート、ポリエチレンイミン、ポリエステル、ポリアミド、ポリイミド、ポリウレタン、ポリカーボネート、シリケートバインダー、グラフト化ポリオレフィン、ハロゲン化ポリマーのクラスからなるポリマー、例えばPTFE、およびこれらの混合物、好ましくはポリビニレンジクロリド(PVDC)をベースとするバインダーの群から選択される少なくとも一つの完成した固体のバインダーを2重量%〜50重量%含むことを特徴とする、請求項1〜21のいずれか一つに記載のフィルム。
- 請求項1〜22のいずれか一つに記載のフィルムの、高エネルギーシステムまたは高性能システム、特に、リチウム電池、リチウムイオン電池、リチウム−ポリマー電池およびアルカリ土類−電池における使用。
- 請求項1〜22のいずれか一つに記載のフィルムを含む、高エネルギーシステムまたは高性能システム、特に、リチウム電池、リチウムイオン電池、リチウム−ポリマー電池およびアルカリ土類−電池。
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