JP3055470B2 - 高強度多孔性フィルム及びその製造方法 - Google Patents

高強度多孔性フィルム及びその製造方法

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JP3055470B2
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  • Absorbent Articles And Supports Therefor (AREA)
  • Filtering Materials (AREA)
  • Manufacture Of Porous Articles, And Recovery And Treatment Of Waste Products (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、バッテリー・セパ
レーター、精密濾過膜などの分離膜、透気性ジャンバー
などの衣料品、オムツ、生理用品などの衛生用品等とし
て有用な高強度多孔性フィルム及びその製造方法に関す
るものである。更に詳しくは、強靭な面強度及び適度な
透気度を有する高強度多孔性フィルム及びその製造方法
に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、多孔性フィルム(シートを含
む。)は、各種用途に広く使用され、かかる多孔性フィ
ルムの製造方法についても種々提案がなされている。例
えば、バッテリー・セパレーターとして使用するための
多孔性フィルムは、一般に、超高分子量ポリエチレン及
び可塑剤を含有する樹脂組成物から、一旦、フィルムを
溶融押出成形で製造し、次いで、フィルムに含まれる可
塑剤をイソプロパノール、エタノール、ヘキサンなどの
有機溶媒で溶解除去することにより、製造されている。
【0003】また、本出願人は、先に、面強度、特にピ
ン刺強度の優れたバッテリー・セパレーターを与える多
孔性フィルムを提案した(特開平7−29563号公
報)。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】これらの多孔性フィル
ムについては、より一層の強度向上が望まれている。例
えば、電池製造速度の上昇に伴い、バッテリー・セパレ
ーターとしての多孔性フィルムの面強度に対する要求は
増々高くなっている。
【0005】しかしながら、従来の製造技術では、この
ような要求強度を満たすことは困難であり、特に高い面
強度と適度な透気度を両立させることは不可能であっ
た。例えば、ピン刺強度が600gf/25μmを超え
るような高い面強度を有するフィルムを製造しようとす
ると、透気度が3000秒/100cc以上となってし
まい、多孔性フィルムの基本性能である通気性が損なわ
れるという問題があった。逆に、通気性の高い多孔性フ
ィルムでは、面強度の弱いものしか得られなかった。
【0006】本発明は上記従来の問題点を解決して、高
い面強度を有すると共に、適度な透気度を有する高強度
多孔性フィルム、及び、このような高強度多孔性フィル
ムを製造するための方法を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明の高強度多孔性フ
ィルムは、粘度平均分子量30万以上で、溶融温度が1
10〜140℃のエチレンホモポリマーで構成される多
孔性フィルムであって、厚さ5〜50μm、透気度20
0〜1000秒/100cc、空孔率10〜50%、ピ
ン刺強度600gf/25μm以上の特性を有すること
を特徴とする。
【0008】本発明の高強度多孔性フィルムの製造方法
は、粘度平均分子量30万以上で、溶融温度が110〜
140℃のエチレンホモポリマー及び可塑剤を含有する
樹脂組成物をフィルム状に溶融押出成形し、冷却後、該
フィルムに含まれる可塑剤を除去した後延伸することに
より、本発明の高強度多孔性フィルム製造する方法で
あって、下記式で表される縦横総変形比が0.1〜1と
なるように押出成形及び延伸を行うことを特徴とする。
【0009】 縦横総変形比=(DR×λMD)/(WD×λTD) (ただし、DR :押出成形時のドラフト率 λMD:延伸時の縦延伸倍率(縦延伸しない場合は1と
する) WD :押出成形時の幅方向変形率(インフレーション
成形の場合はブロー比) λTD:延伸時の横延伸倍率(横延伸しない場合は1と
する)) 即ち、本発明者らは、面強度が高く、透気度も適度な高
強度多孔性フィルムを実現すべく鋭意検討を重ねた結
果、製造工程を通じてフィルムに対する変形率の縦横比
率が特定の範囲内であると、特異的に高強度を発現し、
かつ透気度も適度となることを知得し、本発明を達成し
た。
【0010】
【発明の実施の形態】以下本発明を更に詳細に説明す
る。なお、本発明において、「フィルム」とは「シー
ト」を包含するものである。
【0011】本発明のフィルムを構成するエチレンホモ
ポリマー(以下「高分子量ポリエチレン」と称す。)
しては、粘度平均分子量30万以上、好ましくは粘度平
均分子量50万〜400万、特に好ましくは150万〜
300万のものであり、溶融変形のし易さの点から、溶
融温度が110〜140℃のエチレンホモポリマーを使
用する。
【0012】
【0013】本発明においては、高分子量ポリエチレン
と可塑剤とを混合して得られる原料混合物を溶融押出成
形してフィルム状とし、その後可塑剤を除去した後延伸
を行って多孔性フィルムを得る。
【0014】可塑剤としては、上記高分子量ポリエチレ
ンとの相溶性が良く、しかも該ポリエチレンの融点より
低い融点及び該ポリエチレンの溶融温度より高い沸点を
有し、かつ、ポリエチレン不溶性の有機溶媒に可溶な物
質が好適に用いられる。例えば、ステアリルアルコー
ル、セリルアルコールなどの高級脂肪族アルコール、n
−デカン、n−ドデカンなどのn−アルカン類、パラフ
ィンワックス、流動パラフィン、灯油などが挙げられ
る。
【0015】高分子量ポリエチレンと可塑剤との使用割
合は、目的とする成形体の多孔度によるが、通常、ポリ
エチレンが5〜60重量%、好ましくは10〜50重量
%で、可塑剤が95〜40重量%、好ましくは90〜5
0重量%の範囲から選ばれる。本発明においては、この
ような割合でポリエチレン及び可塑剤を含む原料組成物
に対し、公知の各種添加剤、例えば、酸化防止剤など
を、0.01〜5重量%程度の範囲で添加しても良い。
【0016】このような原料組成物は、公知の一軸又は
二軸の押出機で均一に混練して溶融押出成形する。押出
機としては、押出量、押出安定性、混練強度の点から二
軸の押出機が好適に使用される。
【0017】押出成形は、通常140〜240℃の温度
で実施され、Tダイ、インフレーション成形等の公知の
方法で、通常、5〜500μm、特に10〜300μm
の厚さのフィルムを成形する。
【0018】このフィルムは、冷却後、可塑剤を除去し
て多孔化する。
【0019】可塑剤の除去方法としては、例えば、フィ
ルム中の可塑剤をイソプロパノール、エタノール、ヘキ
サンなどの有機溶媒で溶解し、溶媒置換により抽出除去
する、所謂、公知の有機溶媒法が挙げられる。
【0020】上記のようにして可塑剤を除去し多孔化し
たフィルムは、その機械的強度向上のために一軸又は二
軸延伸を行う。延伸に際してはロール延伸機、テンター
等の公知の任意の延伸装置を用いることができる。一軸
延伸に関しては縦延伸、横延伸のいずれを選択すること
もできる。また、二軸延伸に関しては逐次二軸延伸、同
時二軸延伸のいずれも可能である。
【0021】かかる製造工程における押出成形及び延伸
工程で、該フィルムに対してMD(機械)方向およびT
D(幅)方向に機械的変形が付与される。該フィルムの
機械的変形は、押出成形時には溶融変形、可塑剤除去後
の延伸時には固相延伸という形で付与される。本発明の
方法においては、これらの機械的変形において、下記式
で表される縦横総変形比が0.1〜1、好ましくは0.
2〜0.8の範囲となるように、押出成形条件及び延伸
条件を設定する。縦横総変形比が0.1を下回る場合又
は1を超える場合には、得られるフィルムの透気度がそ
の適正範囲を逸脱し、多孔性フィルム、特にバッテリー
・セパレーターとしての基本性能を満たさなくなる。
【0022】 縦横総変形比=(DR×λMD)/(WD×λTD) (ただし、DR :押出成形時のドラフト率 λMD:延伸時の縦延伸倍率(縦延伸しない場合は1と
する) WD :押出成形時の幅方向変形率(インフレーション
成形の場合はブロー比) λTD:延伸時の横延伸倍率(横延伸しない場合は1と
する)) このようにして製造される本発明の多孔性フィルムは5
〜50μm、好ましくは15〜35μmの厚みを有す
る。また、透気度はJIS P8117に準拠して測定
した値で200〜1000秒/100cc、好ましくは
300〜1000秒/100cc、より好ましくは40
0〜900秒/100cc程度である。例えば本多孔性
フィルムをバッテリー・セパレーターとして用いる場
合、透気度の値が200秒/100ccを下回ると、抵
抗が小さくなり、一方、透気度の値が1000秒/10
0ccを超えると抵抗が大きくなり、いずれの場合も電
池としての所望の性能が得られないおそれがある。ま
た、本多孔性フィルムの空孔率は10〜50%、好まし
くは30〜45%である。なお、空孔率は、フィルムの
幅方向に5カ所を直径3cmの円形に打抜き、打抜いた
フィルムの中心部の厚さと重量を測定し、下記式により
計算で求める。
【0023】 空孔率(%)=(Vρ−W)/(Vρ)×100 (ただし、V:フィルムの体積(5枚分) W:重量(5枚分) ρ:材料の密度 ) また、本発明の多孔性フィルムは機械的強度、特にピン
刺強度が極めて良好であり、そのピン刺強度は、日本農
林規格告示1019号に準じて測定(ピン径1mmφ,
先端部0.5R,ピン刺速度300mm/min)した
値で、600gf/25μm膜厚以上、好ましくは60
0〜1000gf/25μm膜厚、特に好ましくは60
0〜800gf(25μm膜厚)程度である。
【0024】
【実施例】以下に実施例及び比較例を挙げて本発明をよ
り具体的に説明するが、本発明はその要旨を超えない限
り以下の実施例に限定をされるものではない。
【0025】なお、実施例及び比較例において多孔性フ
ィルムの透気度はJIS P8117に従って測定し、
空孔率は前述の如く、空孔率(%)=(Vρ−W)/
(Vρ)×100の式で算出し、ピン刺強度は日本農林
規格告示1019号に準じて測定した。
【0026】実施例1 融点135℃で、粘度平均分子量200万の超高分子量
ポリエチレン25重量部とステアリルアルコール75重
量部の混合物を、40mmφ二軸押出機を用いて押出温
度170℃、押出量10kg/hrで押出し、インフレ
ーション法でフィルムを成形した。このときのドラフト
率DRは12、ブロー比WDは9であった。
【0027】得られたフィルムを60℃のエタノール中
に10分間浸漬してステアリルアルコールを抽出除去し
た。次いで、ロール延伸機を用いて120℃にて、MD
方向に2倍延伸を行い、引き続いてテンター延伸装置を
用いて128℃にて、TD方向に4倍延伸を行って、厚
さ25μmの多孔性フィルムを得た。この製造過程にお
ける縦横総変形比は表1に示す通りである。
【0028】得られた成形体のピン刺強度、透気度及び
空孔率を測定し、結果を表1に示した。
【0029】実施例2 融点135℃で、粘度平均分子量200万の超高分子量
ポリエチレン20重量部とパラフィンワックス(平均分
子量389)80重量部の混合物を、40mmφ二軸押
出機を用いて押出温度170℃、押出量10kg/hr
で押出し、インフレーション法でフィルムを成形した。
このときのドラフト率DRは12、ブロー比WDは6で
あった。
【0030】得られたフィルムを60℃のヘキサン中に
10分間浸漬してパラフィンワックスを抽出除去した。
次いで、テンター延伸装置を用いて130℃にて、TD
方向に7倍延伸を行って、厚さ26μmの多孔性フィル
ムを得た。縦横総変形比の値及び得られた多孔性フィル
ムの物性を表1に示す。
【0031】実施例3 融点135℃で、粘度平均分子量200万の超高分子量
ポリエチレン25重量部とステアリルアルコール75重
量部の混合物を、40mmφ二軸押出機を用いて押出温
度170℃、押出量10kg/hrで押出し、Tダイ法
でフィルムを成形した。このときのドラフト率DRは
5、幅方向変形率(WD)は1であった。
【0032】得られたフィルムを60℃のエタノール中
に10分間浸漬してステアリルアルコールを抽出除去し
た。次いで、テンター延伸装置を用いて128℃にて、
TD方向に6倍延伸を行って、厚さ25μmの多孔性フ
ィルムを得た。縦横総変形比の値及び得られた多孔性フ
ィルムの物性を表1に示す。
【0033】比較例1 実施例1において、ロール延伸機によるMD方向の延伸
倍率を3倍とし、テンター延伸装置によるTD方向の延
伸倍率を3倍としたこと以外は同様にして多孔性フィル
ムを得た。縦横総変形比及び得られた多孔性フィルムの
物性を表1に示す。
【0034】比較例2 実施例1において、超高分子量ポリエチレン20重量部
とステアリルアルコール80重量部を混合し、インフレ
ーション成形時のドラフト率を20、ブロー比を4と
し、ステアリルアルコールの抽出除去後、ロール延伸機
を用いて125℃にて、MD方向に5倍延伸を行い、T
D方向の延伸を行わなかったこと以外は同様にして、厚
さ27μmの多孔性フィルムを得た。縦横総変形比及び
得られた多孔性フィルムの物性を表1に示す。
【0035】
【表1】
【0036】表1より明らかなように、本発明によれ
ば、高い面強度を有すると共に、適度な透気度を有する
多孔性フィルムを製造することができる。
【0037】
【発明の効果】以上詳述した通り、本発明の高強度多孔
性フィルムは、従来にない、また、従来法では実現し得
ない、高い面強度及び適度な透気度を有する。本発明に
よれば、一般性能を維持した上で、面強度に優れた多孔
性フィルムの提供が可能となり、例えばバッテリー・セ
パレーターとして使用した場合、従来以上の高速度で電
池組立を行うことが可能となる。
【0038】このような本発明の高強度多孔性フィルム
は、製造工程を通じてフィルムに対する変形率の縦横比
率を特定の範囲内とする本発明の方法により容易かつ効
率的に製造される。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI H01M 2/16 C08L 23:04 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C08J 9/00 - 9/42 A61F 13/15 A61F 13/49 B01D 39/00 - 39/20 B29C 47/00 - 47/96 B29C 55/00 - 55/30 H01M 2/16 C08L 1/00 - 101/14

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 粘度平均分子量30万以上で、溶融温度
    が110〜140℃のエチレンホモポリマーで構成され
    る多孔性フィルムであって、厚さ5〜50μm、透気度
    200〜1000秒/100cc、空孔率10〜50
    %、ピン刺強度600gf/25μm以上の特性を有す
    ることを特徴とする高強度多孔性フィルム。
  2. 【請求項2】 粘度平均分子量30万以上で、溶融温度
    が110〜140℃のエチレンホモポリマー及び可塑剤
    を含有する樹脂組成物をフィルム状に溶融押出成形し、
    冷却後、該フィルムに含まれる可塑剤を除去した後延伸
    することにより、請求項1に記載の高強度多孔性フィル
    製造する方法であって、下記式で表される縦横総変
    形比が0.1〜1となるように押出成形及び延伸を行う
    ことを特徴とする高強度多孔性フィルムの製造方法。 縦横総変形比=(DR×λMD)/(WD×λTD) (ただし、DR :押出成形時のドラフト率 λMD:延伸時の縦延伸倍率(縦延伸しない場合は1と
    する) WD :押出成形時の幅方向変形率(インフレーション
    成形の場合はブロー比) λTD:延伸時の横延伸倍率(横延伸しない場合は1と
    する))
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