JP4121846B2 - Polyolefin microporous membrane and production method and use thereof - Google Patents

Polyolefin microporous membrane and production method and use thereof Download PDF

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ポリオレフィン微多孔膜及びその製造方法並びに用途に関し、特に膜厚の均一性、耐熱性、機械的特性、透過性、寸法安定性、シャットダウン特性及びメルトダウン特性のバランスに優れたポリオレフィン微多孔膜及びその製造方法並びに用途に関する。
【0002】
【従来の技術】
ポリオレフィン微多孔膜は、リチウム二次電池、ニッケル-水素電池、ニッケル-カドミウム電池、ポリマー電池等に用いる電池用セパレーターをはじめ、電解コンデンサー用セパレーター、逆浸透濾過膜、限外濾過膜、精密濾過膜等の各種フィルター、透湿防水衣料、医療用材料等に幅広く使用されている。ポリオレフィン微多孔膜を電池用セパレーター、特にリチウムイオン電池用セパレーターとして用いる場合、その性能は電池特性、電池生産性及び電池安全性に深く関わっている。そのためポリオレフィン微多孔膜には、優れた機械的特性、耐熱性、透過性、寸法安定性、シャットダウン特性、メルトダウン特性等が要求される。
【0003】
一般にポリエチレン単体からなる微多孔膜はメルトダウン温度が低い上に機械的強度が弱く、一方ポリプロピレン単体からなる微多孔膜はシャットダウン温度が高いため、ポリエチレンとポリプロピレンを基本的組成物として微多孔膜を製造することが多い。機械的強度改善のためには、さらに超高分子量ポリオレフィンを加えるのが好ましい。例えば特開平3-64334号は、超高分子量ポリオレフィンを含有し、(重量平均分子量/数平均分子量)の値が特定の範囲内にある組成物を用い、脱溶媒処理を行わない工程によりポリオレフィン微多孔膜を製造する方法を提案している。その他にも特開平4-126352号、特開平5-234578号等に超高分子量ポリオレフィンを必須成分とする組成物からなるセパレータが提案されている。
【0004】
しかしポリエチレンとポリプロピレンを含む微多孔膜、中でも超高分子量ポリオレフィンを含む微多孔膜は、ポリエチレンのみからなる微多孔膜に比べて膜厚の均一性が劣ることが多い。例えば特開平6-96753号は、高分子量ポリエチレン及び高分子量ポリプロピレンからなり、超高分子量ポリエチレンを用いないポリオレフィン微孔性多孔膜を提案しており、特開平6-223802号は、特開平6-96753号と同様のポリオレフィン組成物からなる円筒型電気部品用セパレーターを提案している。特開平6-96753号及び特開平6-223802号は、これらに記載のポリオレフィン組成物に超高分子量ポリエチレンを加えると、微孔性多孔膜あるいはセパレーター表面が鮫肌状となり、うまく製膜できないことを各々の比較例に記載している。
【0005】
さらに本発明者らは、前述の特開平5-234578号に記載の組成物から無機粉体を除いた組成物又は前述の特開平4-126352号に記載の組成物を用いて、前述の特開平3-64334号に記載の工程により製造すると微多孔膜表面が鮫肌状となり、うまく製膜できないことを確認した。このように超高分子量ポリオレフィンを含んだ組成物の場合は膜厚の均一性が悪化することがある。
【0006】
微多孔膜の膜厚均一性が悪いと、電池セパレーターとして用いた場合に短絡が発生し易い、耐圧縮性が低いといった安全上の問題が生じ易いだけでなく、歩留まりが悪いため電池の生産性にも劣る。
【0007】
これに対して、本発明者らは、MFRが2.0以下のポリプロピレンと、重量平均分子量/数平均分子量が8〜100のポリエチレンからなり、係るポリプロピレンの含有量が20重量%以下であるポリオレフィン微多孔膜を提案した(例えば特許文献1)。
【0008】
【特許文献1】
特開2002-194132号公報
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
しかし膜厚均一性の向上のみならず、耐熱性、機械的特性、透過性、寸法安定性、シャットダウン特性及びメルトダウン特性をも含めたトータルバランスを一層向上することが望まれている。
【0010】
従って、本発明の目的は、膜厚の均一性、耐熱性、機械的特性、透過性、寸法安定性、シャットダウン特性及びメルトダウン特性のバランスに優れたポリオレフィン微多孔膜及びその製造方法並びに用途を提供することである。
【0011】
【課題を解決するための手段】
上記目的に鑑み鋭意研究の結果、本発明者は、(a) ポリエチレン、及び(b) 重量平均分子量が5×105以上であり、かつ走査型示差熱量計により測定される融解熱(ΔHm)が90 J/g以上であるポリプロピレンを含むポリオレフィン微多孔膜は、膜厚の均一性に優れることを発見した。本発明者はまた、(a) ポリエチレンと、(b) 重量平均分子量が5×105以上であり、かつ走査型示差熱量計により測定される融解熱(ΔHm)が90 J/g以上であるポリプロピレンと、(c) 溶剤とを溶融混練し、得られた溶融混練物をダイより押出し、次いで冷却してゲル状シートとした後、前記ゲル状シートを延伸した後前記溶剤を除去するか、前記ゲル状シートから前記溶剤を除去した後延伸するか、又は前記ゲル状シートを延伸した後前記溶剤を除去しさらに延伸することにより、膜厚の均一性に優れたポリオレフィン微多孔膜が得られることを発見した。本発明はかかる発明に基づき完成したものである。
【0012】
すなわち、本発明のポリオレフィン微多孔膜は、(a) ポリエチレン、及び(b) 重量平均分子量が5×105以上であり、かつ走査型示差熱量計により測定される融解熱が90 J/g以上であるポリプロピレンを含むことを特徴とする。
【0013】
本発明のポリオレフィン微多孔膜の製造方法は、(a) ポリエチレンと、(b) 重量平均分子量が5×105以上であり、かつ走査型示差熱量計により測定される融解熱が90 J/g以上であるポリプロピレンと、(c) 溶剤とを溶融混練し、得られた溶融混練物をダイより押出し、次いで冷却してゲル状シートとした後、前記ゲル状シートを延伸した後前記溶剤を除去するか、前記ゲル状シートから前記溶剤を除去した後延伸するか、又は前記ゲル状シートを延伸した後前記溶剤を除去しさらに延伸することを特徴とする。
【0014】
上記ポリオレフィン微多孔膜が一層優れた特性を得るために、ポリオレフィン組成物は下記条件(1)〜(13)を満たすのが好ましい。
(1) 上記ポリプロピレンの融解熱は95 J/g以上である。
(2) 上記ポリプロピレンの含有量はポリオレフィン組成物全体の20重量%以下である。
(3) 上記ポリエチレンの重量平均分子量は5×105以上である。
(4) 上記(3)に記載の重量平均分子量5×105 以上のポリエチレンは超高分子量ポリエチレンである。
(5) 上記(4)に記載の超高分子量ポリエチレンの重量平均分子量は1×106 〜15×106 である。
(6) 上記(4)又は(5)に記載の超高分子量ポリエチレンの重量平均分子量は1×106〜5×106 である。
(7) 上記(4)〜(6) のいずれかに記載の超高分子量ポリエチレンは、エチレンホモポリマー、又は他のα-オレフィンを少量含有するエチレン・α-オレフィン共重合体である。
(8) 上記(3)〜(7)のいずれかに記載の重量平均分子量5×105以上のポリエチレンのMw/Mnは5 〜300である。
(9) 上記ポリエチレンは、上記(3)〜(8)のいずれかに記載の重量平均分子量5×105以上のポリエチレンと、重量平均分子量1×104 以上〜5×105 未満のポリエチレン、重量平均分子量1×104 〜4×106 のポリブテン−1、重量平均分子量1×103以上 〜1×104 以下のポリエチレンワックス、及び重量平均分子量1×104 〜4×106 のエチレン・α-オレフィン共重合体からなる群から選ばれた少なくとも一種の他のポリオレフィンとからなるポリエチレン組成物である。
(10) 上記(9)に記載のポリエチレン組成物は、重量平均分子量5×105 以上の超高分子量ポリエチレンと重量平均分子量1×104 以上 〜5×105 未満のポリエチレンとからなる組成物である。
(11) 上記(10)に記載のポリエチレン組成物中の重量平均分子量1×104 以上 〜5×105 未満のポリエチレンは、高密度ポリエチレン、中密度ポリエチレン、分岐状低密度ポリエチレン、及び線状低密度ポリエチレンからなる群から選ばれた少なくとも一種である。
(12) 上記(11)に記載のポリエチレン組成物は、重量平均分子量5×105 以上の超高分子量ポリエチレンと重量平均分子量1×104 以上 〜5×105 未満の高密度ポリエチレンである。
(13) 上記(9)〜(12)のいずれかに記載のポリエチレン組成物のMw/Mnは5 〜300である。
【0015】
本発明のポリオレフィン微多孔膜の物性は、通常の場合、膜厚変動率が15%以下であり、膜厚16μm換算の透気度は20 〜550秒/100ccであり、空孔率は25 〜80%であり、突刺強度は2450 mN/16μm以上であり、熱収縮率(105 ℃/8hr)はMD及びTDの両方向共に5%以下であり、シャットダウン温度は120 〜140 ℃であり、メルトダウン温度は165 ℃以上、好ましくは165 〜190 ℃である。
【0016】
本発明のポリオレフィン微多孔膜は、電池用セパレーターとして有用である。
【0017】
【発明の実施の形態】
[1] ポリオレフィン
本発明のポリオレフィン微多孔膜に使用するポリオレフィンは、(a) ポリエチレンと、(b) 重量平均分子量が5×105以上であり、かつ走査型示差熱量計により測定される融解熱が90 J/g以上であるポリプロピレンとを必須とする。
(a) ポリエチレン
ポリエチレンは、重量平均分子量が5×105以上のものが好ましい。重量平均分子量が5×105未満では延伸時に破断が起りやすいため、好適なポリオレフィン微多孔膜を得るのは困難である。
【0018】
重量平均分子量が5×105以上のポリエチレンとしては、超高分子量ポリエチレンが好ましい。超高分子量ポリエチレンは、エチレンの単独重合体のみならず、他のα-オレフィンを少量含有するエチレン・α-オレフィン共重合体であってもよい。エチレン以外の他のα-オレフィンとしては、プロピレン、ブテン-1、ヘキセン-1、ペンテン-1,4-メチルペンテン-1、オクテン、酢酸ビニル、メタクリル酸メチル、及びスチレンが好ましい。超高分子量ポリエチレンの重量平均分子量は1×106 〜15×106 であるのが好ましく、1×106 〜5×106 であるのがより好ましい。
【0019】
ポリエチレンとして重量平均分子量5×105以上のポリエチレンと、他のポリオレフィンとを含むポリエチレン組成物を用いることも可能である。重量平均分子量が5×105 以上のポリエチレンとしては、上記超高分子量ポリエチレンが好ましい。他のポリオレフィンとしては、重量平均分子量1×104 以上〜5×105 未満のポリエチレン、重量平均分子量1×104 〜4×106 のポリブテン−1、重量平均分子量1×103以上 〜1×104 以下のポリエチレンワックス、及び重量平均分子量1×104 〜4×106 のエチレン・α-オレフィン共重合体からなる群から選ばれた少なくとも一種を用いることができる。他のポリオレフィンの添加量はポリエチレン組成物全体を100重量部として80重量部以下にする。
【0020】
ポリエチレン組成物を用いる場合、上記超高分子量ポリエチレンと重量平均分子量1×104 以上 〜5×105 未満のポリエチレンとからなる組成物を用いるのが好ましい。このポリエチレン組成物は、用途に応じて分子量分布(Mw/Mn)を容易に制御することができる。重量平均分子量が1×104 以上〜5×105 未満のポリエチレンとしては、高密度ポリエチレン、中密度ポリエチレン、分岐状低密度ポリエチレン、及び線状低密度ポリエチレンからなる群から選ばれた少なくとも一種が好ましい。これら重量平均分子量が1×104 以上〜5×105 未満のポリエチレンは、エチレンの単独重合体のみならず、プロピレン、ブテン−1、ヘキセン−1等の他のα-オレフィンを少量含有する共重合体であってもよい。係る共重合体としてシングルサイト触媒により製造されたものを用いるのが有効である。ポリエチレン組成物としては、限定的ではないが、重量平均分子量5×105 以上の超高分子量ポリエチレンと重量平均分子量1×104 以上 〜5×105 未満の高密度ポリエチレンとからなる組成物がより好ましい。
【0021】
ポリエチレンの分子量分布Mw/Mnは限定的でないが、5〜300が好ましく、10〜100がより好ましい。Mw/Mnが5未満だと高分子量成分が多過ぎて溶融押出が困難であり、Mw/Mnが300超だと低分子量成分が多過ぎて強度低下を招く。Mw/Mnは分子量分布の尺度として用いられるものであり、この値が大きいほど分子量分布の幅は拡大する。すなわちポリエチレンがエチレンホモポリマー又はエチレン・α-オレフィン共重合体の場合、Mw/Mnはその分子量分布の広がりを示し、その値が大きいほど分子量分布は広がっている。エチレンホモポリマー及びエチレン・α-オレフィン共重合体のMw/Mnは、これらを多段重合により調製することにより適宜調整することができる。多段重合法としては、一段目で高分子量成分を重合し、次いで二段目で低分子量成分を重合する二段重合が好ましい。ポリエチレンがポリエチレン組成物の場合、Mw/Mnが大きいほど配合する各ポリオレフィンの重量平均分子量の差が大きく、またMw/Mnが小さいほど各ポリオレフィンの重量平均分子量の差が小さい。ポリエチレン組成物のMw/Mnは、各成分の分子量や混合割合を調整することにより適宜調整することができる。
【0022】
(b) ポリプロピレン
ポリプロピレンは、その重量平均分子量が5×105以上であり、かつJIS K7122に基づき走査型示差熱量計(DSC)により測定される融解熱(ΔHm)が90 J/g以上である必要がある。但し、融解熱測定時の昇温速度は3〜20 ℃/minとするのが好ましい。なお通常は10 ℃/minとする。重量平均分子量が5×105未満であるか、又は融解熱(ΔHm)が90 J/g未満のポリプロピレンを使用すると、シート形成時にポリプロピレンの分散性が悪化することにより、ポリオレフィン微多孔膜表面の微視的な凹凸が大きくなるため、膜厚の変動が大きくなる。融解熱(ΔHm)は95 J/g以上であるのが好ましい。ポリプロピレンのMFR(230 ℃、2.16kg荷重)は2.0以下であるのが好ましい。MFRが2.0を超えると、シート形成時にポリプロピレンの分散性が悪化することがある。
【0023】
ポリプロピレンの含有量は、ポリオレフィン組成物全体の20重量%以下であるのが好ましい。ポリプロピレンを含まなければメルトダウン温度が向上せず、ポリプロピレンの含有量が20重量%を超えると膜厚の均一性が悪化する恐れがある。
【0024】
ポリプロピレンの種類は、特に限定されることはなく、プロピレン単独重合体又はプロピレンと他のα-オレフィンとの共重合体のいずれでもよいが、プロピレン単独重合体が好ましい。共重合体としてはランダム共重合体又はブロック共重合体のいずれも用いることができ、α-オレフィンとしてはエチレン、ブテン-1、ペンテン-1、4-メチルペンテン-1、オクテン、酢酸ビニル、メタクリル酸メチル、スチレン等が挙げられる。なおこれらのポリプロピレンは、重量平均分子量が5×105以上であり、かつ走査型示差熱量計により測定される融解熱(ΔHm)が90 J/g以上である限り、プロピレン単独重合体同士、ランダム共重合体同士又はブロック共重合体同士であって重量平均分子量が異なるものを二種以上用いてもよいし、プロピレン単独重合体、ランダム共重合体及びブロック共重合体のうちから二種以上選ばれたものを用いてもよい。
【0025】
[2] ポリオレフィン微多孔膜の製造方法
本発明のポリオレフィン微多孔膜の製造方法は、(a) ポリエチレン、ポリプロピレン及び溶剤を溶融混練し、ポリオレフィン溶液を調製する工程、(b) ポリオレフィン溶液をダイより押し出し、冷却してゲル状シートを形成する工程、(c) 延伸・溶剤除去工程、及び(d) 得られた膜を乾燥する工程を含む。更に(a)〜(d)の工程の後、必要に応じて(e) 熱処理、(f) 電離放射による架橋処理 、(g) 親水化処理等を行ってもよい。
【0026】
(a) ポリオレフィン溶液の調製工程
まずポリエチレン、ポリプロピレン及び溶剤を溶融混練し、ポリオレフィン溶液を調製する。ポリオレフィン溶液には必要に応じて酸化防止剤、紫外線吸収剤、アンチブロッキング剤、顔料、染料、無機充填材等の各種添加剤を本発明の目的を損なわない範囲で添加することができる。例えば孔形成剤として微粉珪酸を添加することができる。
【0027】
溶剤としては室温で液状の液体溶剤を用いるのが好ましい。液体溶剤を用いることにより比較的高倍率の延伸が可能となる。液体溶剤としてはノナン、デカン、デカリン、パラキシレン、ウンデカン、ドデカン、流動パラフィン等の脂肪族又は環式の炭化水素、及び沸点がこれらに対応する鉱油留分、並びにジブチルフタレート、ジオクチルフタレート等の室温では液状のフタル酸エステルを用いることができる。液体溶剤含有量が安定なゲル状シートを得るためには、流動パラフィンのような不揮発性の液体溶剤を用いるのが好ましい。なお加熱溶融混練状態においてはポリエチレンと混和状態になるが、室温では固体状の固体溶剤を液体溶剤に混合してもよい。このような固体溶剤として、ステアリルアルコール、セリルアルコール、パラフィンワックス等を使用することができる。なお固体溶剤のみを使用すると、延伸むら等が発生する恐れがある。
【0028】
液体溶剤の粘度は25 ℃において30 〜500 cStであるのが好ましく、50 〜200 cStであるのがより好ましい。25 ℃における粘度が30 cSt未満では発泡し易く、混練が困難である。一方500 cSt超では液体溶剤の除去が困難である。
【0029】
溶融混練の方法は特に限定されないが、通常は二軸押出機中で均一に混練することにより行う。この方法はポリオレフィンの高濃度溶液を調製するのに適する。溶融温度はポリオレフィンの融点+10 ℃〜+100 ℃が好ましい。通常は160〜230 ℃であり、180〜220 ℃であるのが好ましい。ここで融点とはJIS K7121に基づき示差走査熱量測定(DSC)により求められる値を言う(以下同様)。溶剤は混練開始前に添加しても、混練中に押出機の途中から添加してもよいが、混練開始前に添加して予め溶液化するのが好ましい。溶融混練にあたってはポリオレフィンの酸化を防止するために酸化防止剤を添加するのが好ましい。
【0030】
ポリオレフィン溶液中、ポリオレフィンと液体溶剤との配合割合は、両者の合計を100重量%として、ポリオレフィンが1 〜50重量%、好ましくは20 〜40重量%である。ポリオレフィンが1重量%未満ではゲル状成形物を形成する際にダイス出口でスウェルやネックインが大きくなり、ゲル状成形物の成形性及び自己支持性が低下する。一方50重量%を超えるとゲル状成形物の成形性が低下する。
【0031】
(b) ゲル状シートの形成工程
溶融混練したポリオレフィン溶液を直接に又は別の押出機を介して、或いは一旦冷却してペレット化した後再度押出機を介してダイから押し出す。ダイとしては、通常は長方形の口金形状をしたシート用ダイを用いるが、二重円筒状の中空状ダイ、インフレーションダイ等も用いることができる。シート用ダイの場合、ダイのギャップは通常0.1 〜5mmであり、押し出し時にはこれを140 〜250 ℃に加熱する。加熱溶液の押し出し速度は0.2 〜15 m/分であるのが好ましい。
【0032】
このようにしてダイから押し出した溶液を冷却することによりゲル状成形物を形成する。冷却は少なくともゲル化温度以下までは50 ℃/分以上の速度で行うのが好ましい。また25 ℃以下まで冷却するのが好ましい。このようにしてポリオレフィン相が溶剤によってミクロ相分離された相分離構造を固定化することができる。一般に冷却速度が遅いと得られるゲル状成形物の高次構造が粗くなり、それを形成する擬似細胞単位も大きなものとなるが、冷却速度が速いと密な細胞単位となる。冷却速度が50 ℃/分未満では結晶化度が上昇し、延伸に適したゲル状成形物となりにくい。冷却方法としては冷風、冷却水、その他の冷却媒体に直接接触させる方法、冷媒で冷却したロールに接触させる方法等を用いることができる。
【0033】
(c) 延伸・溶剤除去工程
次いで、得られたゲル状シートを延伸した後液体溶剤を除去するか、ゲル状シートから液体溶剤を除去した後延伸するか、又はゲル状シートを延伸した後液体溶剤を除去しさらに延伸する。
【0034】
延伸は、ゲル状シートを加熱後、通常のテンター法、ロール法、インフレーション法、圧延法又はこれらの方法の組合せによって所定の倍率で行う。延伸は一軸延伸でも二軸延伸でもよいが、二軸延伸が好ましい。また二軸延伸の場合は、同時二軸延伸、逐次延伸又は多段延伸(例えば同時二軸延伸及び逐次延伸の組合せ)のいずれでもよいが、特に同時二軸延伸が好ましい。延伸により機械的強度が向上する。
【0035】
延伸倍率はゲル状シートの厚みによって異なるが、一軸延伸を行う場合は2倍以上とするのが好ましく、3〜30倍とするのがより好ましい。二軸延伸ではいずれの方向でも少なくとも3倍以上とし、面倍率で9倍以上とするのが好ましく、面倍率で25倍以上とするのがより好ましい。面倍率で9倍以上とすることにより、突刺強度が向上する。一方面倍率を400倍超とすると、延伸装置、延伸操作等の点で制約が生じる。
【0036】
延伸温度は、ポリエチレンがホモポリマー又はエチレン・α-オレフィン共重合体の場合、その融点+10 ℃以下にするのが好ましく、結晶分散温度から結晶融点未満の範囲にするのがより好ましい。延伸温度が融点+10 ℃を超えるとポリエチレンが溶融し、延伸による分子鎖の配向ができない。また延伸温度が結晶分散温度未満ではポリエチレンの軟化が不十分で、延伸において破膜しやすく、高倍率の延伸ができない。但し逐次延伸又は多段延伸を行う場合は、一次延伸を結晶分散温度未満で行ってもよい。ここで結晶分散温度とは、ASTM D 4065に基づいて動的粘弾性の温度特性測定により求められる値を言う。ポリエチレンの結晶分散温度は、一般的に90 ℃である。
【0037】
ポリエチレンが他のポリオレフィンを含むポリエチレン組成物である場合、延伸温度は、係る組成物が含むポリエチレンの結晶分散温度以上〜結晶融点+10 ℃以下の範囲にするのが好ましい。係るポリエチレン組成物を用いる場合、本発明では延伸温度を通常は100〜140 ℃、好ましくは110〜120 ℃にする。
【0038】
所望の物性に応じて、膜厚方向に温度分布を設けて延伸したり、比較的低温で一次延伸した後さらに高温で二次延伸する逐次延伸又は多段延伸をしたりすることができる。膜厚方向に温度分布を設けて延伸することにより一般的に機械的強度に優れたポリオレフィン微多孔膜が得られる。その方法としては、例えば特開平7-188440号に開示の方法を適用することができる。
【0039】
液体溶剤の除去(洗浄)には洗浄溶媒を用いる。ポリエチレン相は溶剤と相分離しているので、液体溶剤を除去すると多孔質の膜が得られる。液体溶剤の除去(洗浄)は、公知の洗浄溶媒を用いて行うことができる。公知の洗浄溶媒としては、例えば塩化メチレン、四塩化炭素等の塩素化炭化水素、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン等の炭化水素、三フッ化エタン等のフッ化炭化水素、ジエチルエーテル、ジオキサン等のエーテル、メチルエチルケトン等の易揮発性溶媒が挙げられる。また洗浄溶媒としては、上記公知の洗浄溶媒の他に、特開2002-256099号に開示されている、25 ℃における表面張力が24mN/m以下になる洗浄溶媒を用いることができる。このような表面張力を有する洗浄溶媒を用いることにより、洗浄後の乾燥時に微多孔内部で生じる気-液界面の表面張力によって起る網状組織の収縮緻密化を抑制することができ、その結果ポリオレフィン微多孔膜の空孔率及び透過性が一層向上する。
【0040】
洗浄方法は、延伸後の膜又はゲル状シートを洗浄溶媒に浸漬する方法、延伸後の膜又はゲル状シートに洗浄溶媒をシャワーする方法、又はこれらの組合せによる方法等により行うことができる。洗浄溶媒は、ゲル状シート100重量部に対し300 〜30000重量部使用するのが好ましい。洗浄溶媒による洗浄は、残留した液体溶剤がその添加量に対して1重量%未満になるまで行うのが好ましい。
【0041】
(d) 膜の乾燥工程
延伸及び溶剤除去により得られた膜を、加熱乾燥法又は風乾法等により乾燥することができる。乾燥温度は、ポリエチレンの結晶分散温度以下の温度であるのが好ましく、特に結晶分散温度より5 ℃以上低い温度であるのが好ましい。
【0042】
乾燥処理により、ポリオレフィン微多孔膜中に残存する洗浄溶媒の含有量を5重量%以下にするのが好ましく(乾燥後の膜重量を100重量%とする)、3重量%以下にするのがより好ましい。乾燥が不十分で膜中に洗浄溶媒が多量に残存していると、後の熱処理で空孔率が低下し、透過性が悪化するので好ましくない。
【0043】
(e) 熱処理工程
洗浄溶媒除去後に熱処理を行うのが好ましい。熱処理によって結晶が安定化し、ラメラ層が均一化される。熱処理方法としては、熱延伸処理、熱固定処理又は熱収縮処理のいずれの方法を用いてもよく、これらはポリオレフィン微多孔膜に要求される物性に応じて適宜選択される。これらの熱処理は、ポリオレフィン微多孔膜の融点以下、好ましくは60 ℃以上融点−10 ℃以下で行う。
【0044】
熱延伸処理は、通常用いられるテンター方式、ロール方式又は圧延方式により行い、少なくとも一方向に延伸倍率1.01 〜2.0倍で行うのが好ましく、1.01 〜1.5倍で行うのがより好ましい。
【0045】
熱固定処理は、テンター方式、ロール方式又は圧延方式により行う。また熱収縮処理は、テンター方式、ロール方式若しくは圧延方式により行うか、又はベルトコンベア若しくはフローティングを用いて行ってもよい。なお熱収縮処理は、少なくとも一方向に50%以下の範囲で行うのが好ましく、30%以下の範囲で行うのがより好ましい。
【0046】
なお上述の熱延伸処理、熱固定処理及び熱収縮処理を多数組み合せて行ってもよい。特に熱固定処理後に熱延伸処理を行うと、得られるポリオレフィン微多孔膜の透過性が向上するとともに、孔径が拡大する。また熱延伸処理後に熱収縮処理を行うと、低収縮率で高強度のポリオレフィン微多孔膜が得られるため好ましい。
【0047】
(f) 膜の架橋処理工程
延伸・溶剤除去により得られた膜を加熱乾燥法、風乾法等により乾燥したポリオレフィン微多孔膜に対して電離放射により架橋処理を施すのが好ましい。電離放射線としてはα線、β線、γ線、電子線等が用いられ、0.1 〜100 Mradの電子線量、及び100 〜300 kVの加速電圧により行うことができる。これによりメルトダウン温度を向上させることができる。
【0048】
(g) 親水化処理工程
延伸・溶剤除去により得られたポリオレフィン微多孔膜に親水化処理を施してもよい。親水化処理としては、モノマーグラフト、界面活性剤処理、コロナ放電処理等を用いる。なおモノマーグラフト処理は電離放射後に行うのが好ましい。
【0049】
界面活性剤を使用する場合、ノニオン系界面活性剤、カチオン系界面活性剤、アニオン系界面活性剤又は両イオン系界面活性剤のいずれも使用することができるが、ノニオン系界面活性剤を使用するのが好ましい。界面活性剤を使用する場合、界面活性剤を水溶液にするか又はメタノール、エタノール、イソプロピルアルコール等の低級アルコールの溶液にして、ディッピングするか、又はドクターブレードを用いる方法により親水化する。
【0050】
得られた親水化微多孔膜を乾燥する。このとき透過性を向上させるため、ポリオレフィン微多孔膜の融点以下の温度で収縮を防止しながら熱処理するのが好ましい。収縮を防止しながら熱処理する方法としては、例えば延伸しながら熱処理する方法が挙げられる。
【0051】
[3] ポリオレフィン微多孔膜
本発明の好ましい実施態様によるポリオレフィン微多孔膜は、次の物性を有する。
(1) 膜厚変動率が15%以下である。膜厚変動率が15%を超えると、電池セパレーターとして用いた場合に短絡が発生したり、歩留まりの低下によって電池生産性が低下したりする恐れがある。
(2) 空孔率は25 〜80%である。空孔率が25%未満では良好な透気度が得られない。一方80%を超えると電池安全性とインピーダンスのバランスがとれなくなる。
(3) 透気度は20 〜550秒/100ccである(膜厚16μm換算)。透気度が20 〜550秒/100ccであることにより電池容量が大きくなり、電池のサイクル特性も良好となる。透気度が550秒/100ccを超えると、ポリオレフィン微多孔膜を電池用セパレーターとして用いた場合に、電池容量が小さくなる。一方透気度が20秒/100cc未満では電池内部の温度上昇時にシャットダウンが十分に行われない。
(4) 突刺強度は2450 mN/16μm以上である。突刺強度が2450 mN/16μm未満では、ポリオレフィン微多孔膜を電池用セパレーターとして電池に組み込んだ場合に短絡が発生する恐れがある。
(5) 105 ℃・8時間暴露後の熱収縮率は機械方向(MD)及び垂直方向(TD)ともに5%以下である。熱収縮率が5%を超えるとポリオレフィン微多孔膜をリチウム電池用セパレーターとして用いた場合、発熱するとセパレーター端部が収縮し、短絡が発生する可能性が高くなる。
(6) シャットダウン温度は120 〜140 ℃である。
(7) メルトダウン温度は165 ℃以上、好ましくは165 〜190 ℃である。
【0052】
このように、本発明のポリオレフィン微多孔膜は、膜厚均一性に優れているので、電池用セパレーター、フィルター等として好適に使用できる。なおポリオレフィン微多孔膜の膜厚は用途に応じて適宜選択しうるが、例えば電池用セパレーターとして使用する場合は5 〜200μmにするのが好ましい。
【0053】
【実施例】
本発明を以下の実施例により更に詳細に説明するが、本発明はこれらの例に限定されるものではない。
【0054】
[ポリプロピレンの融解熱(ΔHm)測定方法]
JIS K7122に準じて求めた。約10mgの試料を予め精秤したアルミニウム製サンプルパンに入れ、次いで試料を入れたサンプルパンの質量を精秤して、サンプルパン質量との差を試料質量とした。試料を入れたサンプルパンを走査型示差熱量計(Perkin Elmer,Inc.製、DSC−System7型)の試料ホルダー内に静置し、窒素雰囲気下において190 ℃/10分間の熱処理を行った後、40 ℃まで10 ℃/minで冷却した。続いて40 ℃/2分間保持した後、10 ℃/minの昇温速度で190 ℃まで昇温した。昇温過程で得られたDSC曲線(溶融曲線)について、85〜175 ℃の範囲に直線ベースラインを設定し、係る直線ベースラインとDSC曲線とで囲まれる部分の面積から熱量を算出し、これを試料質量当りに換算した。
【0055】
実施例1
重量平均分子量(Mw)が2.0×106 の超高分子量ポリエチレン(UHMWPE)20重量%、Mwが3.5×105 の高密度ポリエチレン(HDPE)70重量%、及びMwが5.9×105 であり且つ融解熱が95.7 J/gのプロピレン単独重合体[MFR(230 ℃、2.16kg荷重):0.5]10重量%からなるポリオレフィン組成物(UHMWPE及びHDPEからなるポリエチレン組成物について、Mw/Mnは16であり、融点は135 ℃であり、結晶分散温度は90 ℃である)に、酸化防止剤としてテトラキス[メチレン-3-(3,5-ジターシャリーブチル-4-ヒドロキシフェニル)-プロピオネート]メタンをポリオレフィン組成物100重量部当たり0.25重量部ドライブレンドしたポリオレフィン組成物を得た。得られた熱ポリオレフィン組成物30重量部を二軸押出機(内径58 mm、L/D=42、強混練タイプ)に投入し、この二軸押出機のサイドフィーダーから流動パラフィン[35 cst(40 ℃)]70重量部を供給し、210 ℃及び200 rpmの条件で溶融混練して、押出機中でポリオレフィン溶液を調製した。続いてこのポリオレフィン溶液を押出機の先端に設置されたTダイから押し出し、0℃に温調された冷却ロールで引き取りながら冷却し、ゲル状シートを形成した。得られたゲル状シートについて、テンター延伸機を用いて118 ℃で機械方向(MD)及び垂直方向(TD)ともに5倍となるように同時二軸延伸し、延伸膜を得た。得られた延伸膜を20 cm×20 cmのアルミニウム製の枠に固定し、25 ℃に温調された塩化メチレン[表面張力27.3 mN/m(25 ℃)、沸点40.0 ℃]を含有する洗浄槽中に浸漬し、100 rpmで3分間揺動させながら洗浄した。得られた膜を室温で風乾した後、テンターに膜を保持しながら125 ℃で30秒間熱固定処理することによりポリオレフィン微多孔膜を作製した。
【0056】
実施例2
ポリプロピレンとして、Mwが6.1×105 であり且つ融解熱が98.0 J/gのプロピレン単独重合体[MFR(230 ℃、2.16kg荷重):0.5]を用いた以外は実施例1と同様にポリオレフィン微多孔膜を作製した。
【0057】
実施例3
ポリプロピレンとして、Mwが8.6×105 であり且つ融解熱が104.5 J/gのプロピレン単独重合体[MFR(230 ℃、2.16kg荷重):0.4]を用いた以外は実施例1と同様にポリオレフィン微多孔膜を作製した。
【0058】
実施例4
ポリプロピレンとして、Mwが5.7×105 であり且つ融解熱が99.3 J/gのプロピレン単独重合体[MFR(230 ℃、2.16kg荷重):0.5]を用いた以外は実施例1と同様にポリオレフィン微多孔膜を作製した。
【0059】
実施例5
ポリプロピレンとして、Mwが6.0×105 であり且つ融解熱が91.6 J/gのプロピレン単独重合体[MFR(230 ℃、2.16kg荷重):0.5]を用いた以外は実施例1と同様にポリオレフィン微多孔膜を作製した。
【0060】
実施例6
ポリプロピレンとして、Mwが5.9×105 であり且つ融解熱が92.4 J/gのプロピレン単独重合体[MFR(230 ℃、2.16kg荷重):0.5]を用いた以外は実施例1と同様にポリオレフィン微多孔膜を作製した。
【0061】
比較例1
ポリオレフィン組成物として、UHMWPE(Mw:2.0×106)20重量%及びHDPE(Mw:3.5×105)80重量%からなるポリエチレン組成物を用いた以外は実施例1と同様にポリオレフィン微多孔膜を作製した。
【0062】
比較例2
ポリプロピレンとして、Mwが6.8×105 であり且つ融解熱が83.0 J/gのプロピレン単独重合体[MFR(230 ℃、2.16kg荷重):0.4]を用いた以外は実施例1と同様にポリオレフィン微多孔膜を作製した。
【0063】
比較例3
ポリプロピレンとして、Mwが3.8×105 であり且つ融解熱が97.6 J/gのプロピレン単独重合体[MFR(230 ℃、2.16kg荷重):1.4]を用いた以外は実施例1と同様にポリオレフィン微多孔膜を作製した。
【0064】
比較例4
ポリプロピレンとして、Mwが3.5×105 であり且つ融解熱が71.3 J/gのプロピレン単独重合体[MFR(230 ℃、2.16kg荷重):1.3]を用いた以外は実施例1と同様にポリオレフィン微多孔膜を作製した。
【0065】
比較例5
ポリプロピレンとして、Mwが2.3×105 であり且つ融解熱が72.0 J/gのプロピレン単独重合体[MFR(230 ℃、2.16kg荷重):7.0]を用いた以外は実施例1と同様にポリオレフィン微多孔膜を作製した。
【0066】
比較例6
ポリプロピレンとして、Mwが2.4×105 であり且つ融解熱が104.0 J/gのプロピレン単独重合体[MFR(230 ℃、2.16kg荷重):7.0]を用いた以外は実施例1と同様にポリオレフィン微多孔膜を作製した。
【0067】
比較例7
ポリプロピレンとして、Mwが1.1×105 であり且つ融解熱が99.4 J/gのプロピレン単独重合体[MFR(230 ℃、2.16kg荷重):50.0]を用いた以外は実施例1と同様にポリオレフィン微多孔膜を作製した。
【0068】
実施例1〜6及び比較例1〜7で得られたポリオレフィン微多孔膜の物性を以下の方法で測定した。
・平均膜厚:ポリオレフィン微多孔膜の垂直方向(TD)に30 cmの長さにわたって5mm間隔で接触厚み計により測定した値を平均した。
・膜厚変動σt:平均膜厚測定時のデータから算出した標準偏差。
・膜厚変動率:膜厚変動σtを平均膜厚で除した値を百分率で表した。
・透気度:JIS P8117に準拠して測定した(膜厚16μm換算)。
・空孔率:重量法により測定した。
・突刺強度:ポリオレフィン微多孔膜を直径1mm(0.5 mm R)の針を用いて速度2mm/秒で突刺したときの最大荷重を測定した(膜厚16μm換算)。
・熱収縮率:ポリオレフィン微多孔膜を105 ℃で8時間暴露したときの機械方向(MD)、垂直方向(TD)の収縮率をそれぞれ測定した。
・シャットダウン温度:所定温度に加熱することによって、透気度が10万秒/100cc以上となる温度として測定した。
・メルトダウン温度:所定温度に加熱することによって、膜が溶融して破膜する温度として測定した。
【0069】
【表1】

Figure 0004121846
表1つづき
Figure 0004121846
表1つづき
Figure 0004121846
表1つづき
Figure 0004121846
【0070】
注:(1) 溶液中のポリオレフィン組成物濃度
(2) MD;機械方向、TD;垂直方向
(3) 膜厚変動σt /平均膜厚×100
【0071】
表1に示すように、本発明のポリオレフィン微多孔膜は、特に膜厚変動率が小さく、それとともに透気度、空孔率、機械的強度、寸法安定性、シャットダウン特性及びメルトダウン特性のバランスに優れている。一方比較例1のポリオレフィン微多孔膜はポリプロピレンを含まないため、実施例1〜6と比較してメルトダウン温度が低い。また比較例2〜7のポリオレフィン微多孔膜は、ポリプロピレンのMwが5×105未満であるか、ポリプロピレンの融解熱が90 J/g未満であるか、又はその両方であるため、実施例1〜6と比較して膜厚変動率が大きい。
【0072】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明のポリオレフィン微多孔膜は、(a) ポリエチレン、及び(b) 重量平均分子量が5×105以上であり、かつ走査型示差熱量計により測定される融解熱が90 J/g以上であるポリプロピレンを含むので、膜厚の均一性、耐熱性、機械的特性、透過性、寸法安定性、シャットダウン特性及びメルトダウン特性のバランスに優れている。得られたポリオレフィン微多孔膜を電池用セパレーターとして用いることにより、容量特性、サイクル特性、低温域での放電特性等の電池特性だけでなく、耐熱性、耐圧縮性等の電池安全性及び電池生産性をも含めた全ての向上が可能になる。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a microporous polyolefin membrane, a method for producing the same, and applications, and in particular, a polyolefin microporous having an excellent balance of film thickness uniformity, heat resistance, mechanical characteristics, permeability, dimensional stability, shutdown characteristics, and meltdown characteristics. The present invention relates to a porous membrane, a method for producing the same, and an application.
[0002]
[Prior art]
Polyolefin microporous membranes include battery separators used in lithium secondary batteries, nickel-hydrogen batteries, nickel-cadmium batteries, polymer batteries, etc., separators for electrolytic capacitors, reverse osmosis filtration membranes, ultrafiltration membranes, microfiltration membranes It is widely used for various filters such as moisture permeable waterproof clothing and medical materials. When the polyolefin microporous membrane is used as a battery separator, particularly a lithium ion battery separator, the performance is deeply related to battery characteristics, battery productivity, and battery safety. Therefore, the polyolefin microporous membrane is required to have excellent mechanical characteristics, heat resistance, permeability, dimensional stability, shutdown characteristics, meltdown characteristics, and the like.
[0003]
In general, a microporous membrane made of polyethylene alone has a low meltdown temperature and weak mechanical strength, while a microporous membrane made of polypropylene alone has a high shutdown temperature. Often manufactured. In order to improve mechanical strength, it is preferable to further add ultrahigh molecular weight polyolefin. For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 3-64334 uses a composition containing an ultrahigh molecular weight polyolefin and having a value of (weight average molecular weight / number average molecular weight) within a specific range, and a process for removing polyolefin fine particles by a process in which solvent removal treatment is not performed. A method for producing a porous membrane is proposed. In addition, Japanese Patent Laid-Open Nos. 4-126352 and 5-234578 propose separators made of a composition containing an ultrahigh molecular weight polyolefin as an essential component.
[0004]
However, a microporous membrane containing polyethylene and polypropylene, especially a microporous membrane containing ultra-high molecular weight polyolefin, is often inferior in film thickness uniformity compared to a microporous membrane made of only polyethylene. For example, Japanese Patent Laid-Open No. 6-96753 proposes a polyolefin microporous porous membrane made of high molecular weight polyethylene and high molecular weight polypropylene and not using ultrahigh molecular weight polyethylene. A separator for cylindrical electrical parts made of a polyolefin composition similar to that of 96753 is proposed. JP-A-6-96753 and JP-A-6-223802 indicate that when ultra-high molecular weight polyethylene is added to the polyolefin compositions described in these documents, the surface of the microporous porous membrane or the separator becomes crusted and cannot be formed successfully. It is described in each comparative example.
[0005]
Furthermore, the present inventors use the composition obtained by removing inorganic powder from the composition described in the above-mentioned JP-A No. 5-234578 or the composition described in the above-mentioned JP-A No. 4-126352, and When manufactured by the process described in Kaihei 3-64334, it was confirmed that the surface of the microporous film became a crusted surface and could not be formed successfully. Thus, in the case of the composition containing ultra high molecular weight polyolefin, the uniformity of film thickness may deteriorate.
[0006]
If the microporous membrane has poor film thickness uniformity, it can easily cause short circuit when used as a battery separator, and it can easily cause safety problems such as low compression resistance. Also inferior.
[0007]
On the other hand, the present inventors made a polyolefin microporous material comprising a polypropylene having an MFR of 2.0 or less and a polyethylene having a weight average molecular weight / number average molecular weight of 8 to 100, and the polypropylene content is 20 wt% or less. A film was proposed (for example, Patent Document 1).
[0008]
[Patent Document 1]
JP 2002-194132 A
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
However, it is desired to further improve the total balance including not only the improvement in film thickness uniformity but also heat resistance, mechanical characteristics, permeability, dimensional stability, shutdown characteristics, and meltdown characteristics.
[0010]
Accordingly, an object of the present invention is to provide a polyolefin microporous membrane excellent in the balance of film thickness uniformity, heat resistance, mechanical properties, permeability, dimensional stability, shutdown properties and meltdown properties, a method for producing the same, and uses thereof. Is to provide.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
As a result of diligent research in view of the above object, the present inventors have found that (a) polyethylene, and (b) weight average molecular weight is 5 × 10.FiveAnd the heat of fusion measured by a scanning differential calorimeter (ΔHmIt has been found that a polyolefin microporous film containing polypropylene having a J) of 90 J / g or more has excellent film thickness uniformity. The inventor also provides (a) polyethylene and (b) a weight average molecular weight of 5 × 10FiveAnd the heat of fusion measured by a scanning differential calorimeter (ΔHm) Is 90 J / g or more of polypropylene, and (c) a solvent is melt-kneaded, the resulting melt-kneaded product is extruded from a die, then cooled to form a gel-like sheet, and then the gel-like sheet is stretched After removing the solvent, stretching after removing the solvent from the gel-like sheet, or removing the solvent after stretching the gel-like sheet, and further stretching, the film thickness is uniform It has been discovered that an excellent polyolefin microporous membrane can be obtained. The present invention has been completed based on this invention.
[0012]
That is, the polyolefin microporous membrane of the present invention has (a) polyethylene, and (b) a weight average molecular weight of 5 × 10.FiveIt is the above, It is characterized by including the polypropylene whose heat of fusion measured by a scanning differential calorimeter is 90 J / g or more.
[0013]
The method for producing a polyolefin microporous membrane of the present invention comprises (a) polyethylene and (b) a weight average molecular weight of 5 × 10.FiveThe polypropylene having a melting heat measured by a scanning differential calorimeter of 90 J / g or more and (c) a solvent are melt-kneaded, and the resulting melt-kneaded product is extruded from a die and then cooled. After the gel sheet is stretched, the solvent is removed after stretching the gel sheet, the solvent is removed from the gel sheet and stretched, or the gel sheet is stretched and then the solvent. And is further stretched.
[0014]
In order for the polyolefin microporous membrane to obtain more excellent characteristics, the polyolefin composition preferably satisfies the following conditions (1) to (13).
(1) The heat of fusion of the polypropylene is 95 J / g or more.
(2) The polypropylene content is 20% by weight or less based on the total polyolefin composition.
(3) The weight average molecular weight of the polyethylene is 5 × 10.FiveThat's it.
(4) Weight average molecular weight 5 × 10 as described in (3) aboveFiveThe above polyethylene is ultra high molecular weight polyethylene.
(5) The ultra-high molecular weight polyethylene described in (4) above has a weight average molecular weight of 1 × 106~ 15 × 106It is.
(6) The weight average molecular weight of the ultrahigh molecular weight polyethylene described in (4) or (5) above is 1 × 106~ 5 × 106It is.
(7) The ultrahigh molecular weight polyethylene according to any one of the above (4) to (6) is an ethylene homopolymer or an ethylene / α-olefin copolymer containing a small amount of other α-olefin.
(8) The weight average molecular weight 5 × 10 according to any one of the above (3) to (7)FiveThe Mw / Mn of the above polyethylene is 5 to 300.
(9) The polyethylene has a weight average molecular weight of 5 × 10 according to any one of the above (3) to (8).FiveAbove polyethylene and weight average molecular weight 1 × 10Four~ 5 × 10FiveLess than polyethylene, weight average molecular weight 1 × 10Four~ 4 × 106Polybutene-1, weight average molecular weight 1 × 10Three~ 1 × 10FourThe following polyethylene wax, and weight average molecular weight 1 × 10Four~ 4 × 106A polyethylene composition comprising at least one other polyolefin selected from the group consisting of ethylene / α-olefin copolymers.
(10) The polyethylene composition according to the above (9) has a weight average molecular weight of 5 × 10.FiveUltra high molecular weight polyethylene and weight average molecular weight 1 × 10Four~ 5 × 10FiveIt is a composition consisting of less polyethylene.
(11) Weight average molecular weight in the polyethylene composition as described in (10) above is 1 × 10Four~ 5 × 10FiveThe less polyethylene is at least one selected from the group consisting of high density polyethylene, medium density polyethylene, branched low density polyethylene, and linear low density polyethylene.
(12) The polyethylene composition according to the above (11) has a weight average molecular weight of 5 × 10.FiveUltra high molecular weight polyethylene and weight average molecular weight 1 × 10Four~ 5 × 10FiveLess than high density polyethylene.
(13) The Mw / Mn of the polyethylene composition according to any one of (9) to (12) is 5 to 300.
[0015]
As for the physical properties of the polyolefin microporous membrane of the present invention, the film thickness fluctuation rate is usually 15% or less, the air permeability in terms of film thickness of 16 μm is 20 to 550 seconds / 100 cc, and the porosity is 25 to 80%, puncture strength is 2450 mN / 16μm or more, thermal shrinkage (105 ° C / 8hr) is 5% or less in both MD and TD directions, shutdown temperature is 120-140 ° C, meltdown The temperature is 165 ° C or higher, preferably 165 to 190 ° C.
[0016]
The polyolefin microporous membrane of the present invention is useful as a battery separator.
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
[1] polyolefin
The polyolefin used in the polyolefin microporous membrane of the present invention is (a) polyethylene and (b) a weight average molecular weight of 5 × 10FiveThe above is essential, and polypropylene having a heat of fusion of 90 J / g or more as measured by a scanning differential calorimeter is essential.
(a) Polyethylene
Polyethylene has a weight average molecular weight of 5 × 10FiveThe above is preferable. Weight average molecular weight 5 × 10FiveIf it is less than the range, breakage tends to occur at the time of stretching, and it is difficult to obtain a suitable polyolefin microporous film.
[0018]
Weight average molecular weight 5 × 10FiveAs the above polyethylene, ultra high molecular weight polyethylene is preferable. The ultra high molecular weight polyethylene may be not only an ethylene homopolymer but also an ethylene / α-olefin copolymer containing a small amount of other α-olefin. As the α-olefin other than ethylene, propylene, butene-1, hexene-1, pentene-1,4-methylpentene-1, octene, vinyl acetate, methyl methacrylate, and styrene are preferable. Ultra high molecular weight polyethylene has a weight average molecular weight of 1 x 106 ~ 15 × 106Preferably 1 × 106 ~ 5 × 106It is more preferable that
[0019]
Weight average molecular weight 5 × 10 as polyethyleneFiveIt is also possible to use a polyethylene composition containing the above polyethylene and another polyolefin. Weight average molecular weight 5 × 10FiveAs the above polyethylene, the ultra high molecular weight polyethylene is preferable. Other polyolefins have a weight average molecular weight of 1 × 10Four~ 5 × 10FiveLess than polyethylene, weight average molecular weight 1 × 10Four~ 4 × 106Polybutene-1, weight average molecular weight 1 × 10Three~ 1 × 10FourThe following polyethylene wax, and weight average molecular weight 1 × 10Four~ 4 × 106At least one selected from the group consisting of ethylene / α-olefin copolymers can be used. The amount of other polyolefin added is 80 parts by weight or less based on 100 parts by weight of the entire polyethylene composition.
[0020]
When using a polyethylene composition, the ultra-high molecular weight polyethylene and the weight average molecular weight 1 × 10Four~ 5 × 10FiveIt is preferable to use a composition comprising less than polyethylene. This polyethylene composition can easily control the molecular weight distribution (Mw / Mn) depending on the application. Weight average molecular weight is 1 × 10Four~ 5 × 10FiveThe lower polyethylene is preferably at least one selected from the group consisting of high density polyethylene, medium density polyethylene, branched low density polyethylene, and linear low density polyethylene. These weight average molecular weights are 1 × 10Four~ 5 × 10FiveThe lower polyethylene may be not only a homopolymer of ethylene but also a copolymer containing a small amount of other α-olefins such as propylene, butene-1, and hexene-1. It is effective to use a copolymer produced with a single site catalyst. The polyethylene composition is not limited, but the weight average molecular weight is 5 × 10.FiveUltra high molecular weight polyethylene above and weight average molecular weight 1 × 10Four~ 5 × 10FiveA composition comprising less than high density polyethylene is more preferred.
[0021]
The molecular weight distribution Mw / Mn of polyethylene is not limited, but is preferably 5 to 300, more preferably 10 to 100. If Mw / Mn is less than 5, the high molecular weight component is too much and melt extrusion is difficult, and if Mw / Mn exceeds 300, the low molecular weight component is too much and the strength is lowered. Mw / Mn is used as a measure of molecular weight distribution, and the larger the value, the wider the molecular weight distribution. That is, when polyethylene is an ethylene homopolymer or an ethylene / α-olefin copolymer, Mw / Mn shows an increase in the molecular weight distribution, and the larger the value, the wider the molecular weight distribution. The Mw / Mn of the ethylene homopolymer and the ethylene / α-olefin copolymer can be appropriately adjusted by preparing them by multistage polymerization. The multistage polymerization method is preferably a two-stage polymerization in which a high molecular weight component is polymerized in the first stage and then a low molecular weight component is polymerized in the second stage. When polyethylene is a polyethylene composition, the larger the Mw / Mn, the larger the difference in the weight average molecular weight of each polyolefin compounded, and the smaller the Mw / Mn, the smaller the difference in the weight average molecular weight of each polyolefin. The Mw / Mn of the polyethylene composition can be appropriately adjusted by adjusting the molecular weight and mixing ratio of each component.
[0022]
(b) Polypropylene
Polypropylene has a weight average molecular weight of 5 × 10FiveThe heat of fusion measured by a scanning differential calorimeter (DSC) based on JIS K7122 (ΔHm) Must be 90 J / g or more. However, the rate of temperature rise during the measurement of heat of fusion is preferably 3 to 20 ° C./min. Normally, it is 10 ° C / min. Weight average molecular weight 5 × 10FiveOr heat of fusion (ΔHmWhen polypropylene having a viscosity of less than 90 J / g is used, the dispersibility of the polypropylene deteriorates during sheet formation, resulting in large microscopic irregularities on the surface of the polyolefin microporous film, resulting in large variations in film thickness. Heat of fusion (ΔHm) Is preferably 95 J / g or more. The MFR (230 ° C., 2.16 kg load) of polypropylene is preferably 2.0 or less. If the MFR exceeds 2.0, the dispersibility of polypropylene may deteriorate during sheet formation.
[0023]
The content of polypropylene is preferably 20% by weight or less of the entire polyolefin composition. If polypropylene is not included, the meltdown temperature is not improved, and if the polypropylene content exceeds 20% by weight, the uniformity of the film thickness may be deteriorated.
[0024]
The type of polypropylene is not particularly limited, and may be either a propylene homopolymer or a copolymer of propylene and another α-olefin, but a propylene homopolymer is preferred. As the copolymer, either a random copolymer or a block copolymer can be used, and as the α-olefin, ethylene, butene-1, pentene-1, 4-methylpentene-1, octene, vinyl acetate, methacryl Examples include methyl acid and styrene. These polypropylenes have a weight average molecular weight of 5 × 10.FiveAnd the heat of fusion measured by a scanning differential calorimeter (ΔHm) Is 90 J / g or more, two or more types of propylene homopolymers, random copolymers or block copolymers having different weight average molecular weights may be used. Two or more selected from a coalescence, a random copolymer and a block copolymer may be used.
[0025]
[2] Method for producing polyolefin microporous membrane
The method for producing a polyolefin microporous membrane of the present invention includes (a) a step of melt-kneading polyethylene, polypropylene and a solvent to prepare a polyolefin solution, and (b) extruding the polyolefin solution from a die and cooling to form a gel-like sheet. (C) a stretching / solvent removing step, and (d) a step of drying the obtained film. Further, after the steps (a) to (d), (e) heat treatment, (f) cross-linking treatment with ionizing radiation, (g) hydrophilization treatment, and the like may be performed as necessary.
[0026]
(a) Preparation process of polyolefin solution
First, polyethylene, polypropylene and a solvent are melt-kneaded to prepare a polyolefin solution. Various additives such as an antioxidant, an ultraviolet absorber, an anti-blocking agent, a pigment, a dye, and an inorganic filler can be added to the polyolefin solution as necessary as long as the object of the present invention is not impaired. For example, finely divided silicic acid can be added as a pore forming agent.
[0027]
As the solvent, a liquid solvent which is liquid at room temperature is preferably used. By using a liquid solvent, it is possible to stretch at a relatively high magnification. Liquid solvents include nonane, decane, decalin, paraxylene, undecane, dodecane, liquid hydrocarbons and other aliphatic or cyclic hydrocarbons, mineral oil fractions with boiling points corresponding to these, and room temperature such as dibutyl phthalate and dioctyl phthalate Then, a liquid phthalate ester can be used. In order to obtain a gel-like sheet having a stable liquid solvent content, a non-volatile liquid solvent such as liquid paraffin is preferably used. In the heated melt kneaded state, it is mixed with polyethylene, but at room temperature, a solid solid solvent may be mixed with the liquid solvent. As such a solid solvent, stearyl alcohol, seryl alcohol, paraffin wax and the like can be used. If only a solid solvent is used, stretching unevenness may occur.
[0028]
The viscosity of the liquid solvent is preferably 30 to 500 cSt at 25 ° C., more preferably 50 to 200 cSt. When the viscosity at 25 ° C. is less than 30 cSt, foaming tends to occur and kneading is difficult. On the other hand, if it exceeds 500 cSt, it is difficult to remove the liquid solvent.
[0029]
Although the method of melt kneading is not particularly limited, it is usually carried out by uniformly kneading in a twin screw extruder. This method is suitable for preparing highly concentrated solutions of polyolefins. The melting temperature is preferably the melting point of polyolefin + 10 ° C. to + 100 ° C. Usually, it is 160-230 degreeC, and it is preferable that it is 180-220 degreeC. Here, the melting point is a value obtained by differential scanning calorimetry (DSC) based on JIS K7121 (the same applies hereinafter). The solvent may be added before the start of kneading or may be added from the middle of the extruder during the kneading, but it is preferable to add the solvent before starting the kneading and to make a solution in advance. In melt kneading, an antioxidant is preferably added to prevent oxidation of the polyolefin.
[0030]
The blending ratio of the polyolefin and the liquid solvent in the polyolefin solution is 1 to 50% by weight, preferably 20 to 40% by weight, with the total amount being 100% by weight. When the polyolefin is less than 1% by weight, swell and neck-in are increased at the die outlet when forming a gel-like molded product, and the moldability and self-supporting property of the gel-like molded product are lowered. On the other hand, if it exceeds 50% by weight, the moldability of the gel-like molded product is lowered.
[0031]
(b) Gel sheet formation process
The melt-kneaded polyolefin solution is directly or via another extruder, or once cooled and pelletized, and then extruded from the die again via the extruder. As the die, a sheet die having a rectangular base shape is usually used, but a double cylindrical hollow die, an inflation die, or the like can also be used. In the case of a sheet die, the die gap is usually 0.1 to 5 mm, and this is heated to 140 to 250 ° C. during extrusion. The extrusion rate of the heated solution is preferably 0.2 to 15 m / min.
[0032]
A gel-like molded product is formed by cooling the solution thus extruded from the die. Cooling is preferably performed at a rate of 50 ° C./min or more at least up to the gelation temperature or less. It is preferable to cool to 25 ° C. or lower. In this way, the phase separation structure in which the polyolefin phase is microphase-separated by the solvent can be fixed. In general, when the cooling rate is low, the higher order structure of the gel-like molded product becomes coarse, and the pseudo cell unit forming it becomes large, but when the cooling rate is high, it becomes a dense cell unit. When the cooling rate is less than 50 ° C./min, the degree of crystallinity increases and it is difficult to obtain a gel-like product suitable for stretching. As a cooling method, a method of directly contacting cold air, cooling water, or other cooling medium, a method of contacting a roll cooled by a refrigerant, or the like can be used.
[0033]
(c) Stretching / solvent removal process
Next, the obtained gel-like sheet is stretched and then the liquid solvent is removed, the liquid solvent is removed from the gel-like sheet and then stretched, or the gel-like sheet is stretched and then the liquid solvent is removed and further stretched.
[0034]
Stretching is performed at a predetermined magnification by heating the gel-like sheet and then using a normal tenter method, roll method, inflation method, rolling method, or a combination of these methods. The stretching may be uniaxial stretching or biaxial stretching, but biaxial stretching is preferred. In the case of biaxial stretching, any of simultaneous biaxial stretching, sequential stretching or multi-stage stretching (for example, a combination of simultaneous biaxial stretching and sequential stretching) may be used, but simultaneous biaxial stretching is particularly preferable. The mechanical strength is improved by stretching.
[0035]
Although a draw ratio changes with thickness of a gel-like sheet | seat, when performing uniaxial stretching, it is preferable to set it as 2 times or more, and it is more preferable to set it as 3-30 times. In biaxial stretching, it is preferably at least 3 times in any direction, preferably 9 times or more in terms of surface magnification, and more preferably 25 times or more in terms of surface magnification. By setting the surface magnification to 9 times or more, the puncture strength is improved. On the other hand, when the surface magnification is more than 400 times, there are restrictions in terms of the stretching apparatus, stretching operation, and the like.
[0036]
When the polyethylene is a homopolymer or an ethylene / α-olefin copolymer, the stretching temperature is preferably the melting point + 10 ° C. or less, and more preferably within the range from the crystal dispersion temperature to less than the crystal melting point. When the stretching temperature exceeds the melting point + 10 ° C., the polyethylene melts and the molecular chain cannot be oriented by stretching. If the stretching temperature is lower than the crystal dispersion temperature, the softening of polyethylene is insufficient, the film is easily broken during stretching, and high-stretching cannot be performed. However, when performing sequential stretching or multistage stretching, primary stretching may be performed at a temperature lower than the crystal dispersion temperature. Here, the crystal dispersion temperature refers to a value obtained by measuring temperature characteristics of dynamic viscoelasticity based on ASTM D 4065. The crystal dispersion temperature of polyethylene is generally 90 ° C.
[0037]
When the polyethylene is a polyethylene composition containing other polyolefin, the stretching temperature is preferably in the range from the crystal dispersion temperature of the polyethylene contained in the composition to the crystal melting point + 10 ° C. or less. When such a polyethylene composition is used, in the present invention, the stretching temperature is usually 100 to 140 ° C, preferably 110 to 120 ° C.
[0038]
Depending on the desired physical properties, the film can be stretched by providing a temperature distribution in the film thickness direction, or can be subjected to sequential stretching or multi-stage stretching in which the film is first stretched at a relatively low temperature and then secondarily stretched at a higher temperature. A polyolefin microporous film generally excellent in mechanical strength can be obtained by providing a temperature distribution in the film thickness direction and stretching. As the method, for example, the method disclosed in JP-A-7-188440 can be applied.
[0039]
A cleaning solvent is used for removing (cleaning) the liquid solvent. Since the polyethylene phase is phase-separated from the solvent, a porous membrane can be obtained by removing the liquid solvent. The removal (washing) of the liquid solvent can be performed using a known washing solvent. Known cleaning solvents include, for example, chlorinated hydrocarbons such as methylene chloride and carbon tetrachloride, hydrocarbons such as pentane, hexane and heptane, fluorinated hydrocarbons such as ethane trifluoride, ethers such as diethyl ether and dioxane, Examples include readily volatile solvents such as methyl ethyl ketone. As the cleaning solvent, in addition to the known cleaning solvent, a cleaning solvent having a surface tension at 25 ° C. of 24 mN / m or less disclosed in JP-A No. 2002-256099 can be used. By using a cleaning solvent having such a surface tension, the shrinkage and densification of the network structure caused by the surface tension of the gas-liquid interface that occurs inside the microporous layer during drying after cleaning can be suppressed. The porosity and permeability of the microporous membrane are further improved.
[0040]
The washing method can be carried out by a method of immersing the stretched membrane or gel-like sheet in a washing solvent, a method of showering the membrane or gel-like sheet after stretching with a washing solvent, or a combination thereof. The washing solvent is preferably used in an amount of 300 to 30,000 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the gel sheet. The washing with the washing solvent is preferably carried out until the remaining liquid solvent is less than 1% by weight based on the amount added.
[0041]
(d) Membrane drying process
The film obtained by stretching and solvent removal can be dried by a heat drying method or an air drying method. The drying temperature is preferably a temperature not higher than the crystal dispersion temperature of polyethylene, and particularly preferably a temperature lower by 5 ° C. or more than the crystal dispersion temperature.
[0042]
The content of the cleaning solvent remaining in the polyolefin microporous membrane is preferably 5% by weight or less by drying treatment (the weight of the membrane after drying is 100% by weight), and more preferably 3% by weight or less. preferable. If the drying is insufficient and a large amount of the washing solvent remains in the film, it is not preferable because the porosity decreases and the permeability deteriorates in the subsequent heat treatment.
[0043]
(e) Heat treatment process
It is preferable to perform heat treatment after removing the washing solvent. The crystal is stabilized by the heat treatment, and the lamellar layer is made uniform. As a heat treatment method, any one of a heat stretching treatment, a heat setting treatment, and a heat shrinkage treatment may be used, and these are appropriately selected according to physical properties required for the polyolefin microporous membrane. These heat treatments are performed below the melting point of the polyolefin microporous membrane, preferably 60 ° C. or higher and melting point −10 ° C. or lower.
[0044]
The heat stretching treatment is performed by a commonly used tenter method, roll method or rolling method, and is preferably performed at least in one direction at a draw ratio of 1.01 to 2.0 times, more preferably 1.01 to 1.5 times.
[0045]
The heat setting treatment is performed by a tenter method, a roll method or a rolling method. Moreover, you may perform a heat shrink process by a tenter system, a roll system, or a rolling system, or may be performed using a belt conveyor or a floating. The heat shrink treatment is preferably performed in a range of 50% or less in at least one direction, and more preferably performed in a range of 30% or less.
[0046]
In addition, you may perform combining many above-mentioned heat | fever extending processes, heat setting processes, and heat shrink processes. In particular, when a heat stretching treatment is performed after the heat setting treatment, the permeability of the resulting polyolefin microporous membrane is improved and the pore diameter is enlarged. Further, it is preferable to perform a heat shrinkage treatment after the heat stretching treatment because a polyolefin microporous membrane having a low shrinkage rate and high strength can be obtained.
[0047]
(f) Film cross-linking process
It is preferable to subject the polyolefin microporous film obtained by stretching / solvent removal to a polyolefin microporous film dried by a heat drying method, an air drying method, or the like, by ionizing radiation. As the ionizing radiation, α rays, β rays, γ rays, electron beams and the like are used, and can be performed with an electron dose of 0.1 to 100 Mrad and an acceleration voltage of 100 to 300 kV. Thereby, meltdown temperature can be improved.
[0048]
(g) Hydrophilization treatment process
The polyolefin microporous membrane obtained by stretching and solvent removal may be subjected to a hydrophilic treatment. As the hydrophilic treatment, monomer grafting, surfactant treatment, corona discharge treatment, or the like is used. The monomer grafting treatment is preferably performed after ionizing radiation.
[0049]
When using a surfactant, any of a nonionic surfactant, a cationic surfactant, an anionic surfactant or an amphoteric surfactant can be used, but a nonionic surfactant is used. Is preferred. In the case of using a surfactant, the surfactant is made into an aqueous solution or a solution of a lower alcohol such as methanol, ethanol, isopropyl alcohol, and dipped or hydrophilized by a method using a doctor blade.
[0050]
The obtained hydrophilic microporous membrane is dried. At this time, in order to improve permeability, it is preferable to perform heat treatment while preventing shrinkage at a temperature below the melting point of the polyolefin microporous membrane. Examples of the method of performing heat treatment while preventing shrinkage include a method of performing heat treatment while stretching.
[0051]
[3] Polyolefin microporous membrane
The polyolefin microporous membrane according to a preferred embodiment of the present invention has the following physical properties.
(1) The film thickness fluctuation rate is 15% or less. When the film thickness fluctuation rate exceeds 15%, there is a possibility that a short circuit may occur when used as a battery separator, or battery productivity may decrease due to a decrease in yield.
(2) The porosity is 25-80%. If the porosity is less than 25%, good air permeability cannot be obtained. On the other hand, if it exceeds 80%, battery safety and impedance cannot be balanced.
(3) Air permeability is 20 to 550 seconds / 100 cc (converted to a film thickness of 16 μm). When the air permeability is 20 to 550 seconds / 100 cc, the battery capacity is increased and the cycle characteristics of the battery are also improved. When the air permeability exceeds 550 seconds / 100 cc, the battery capacity decreases when the polyolefin microporous membrane is used as a battery separator. On the other hand, if the air permeability is less than 20 seconds / 100 cc, shutdown will not be performed sufficiently when the temperature inside the battery rises.
(4) The puncture strength is 2450 mN / 16μm or more. If the pin puncture strength is less than 2450 mN / 16 μm, a short circuit may occur when the polyolefin microporous membrane is incorporated in a battery as a battery separator.
(5) Thermal shrinkage after exposure at 105 ° C for 8 hours is 5% or less in both machine direction (MD) and vertical direction (TD). When the thermal shrinkage rate exceeds 5%, when the polyolefin microporous membrane is used as a lithium battery separator, when the heat is generated, the end of the separator shrinks, and the possibility of occurrence of a short circuit increases.
(6) The shutdown temperature is 120 ~ 140 ℃.
(7) The meltdown temperature is 165 ° C or higher, preferably 165 to 190 ° C.
[0052]
Thus, since the polyolefin microporous film of the present invention is excellent in film thickness uniformity, it can be suitably used as a battery separator, filter or the like. The film thickness of the polyolefin microporous membrane can be appropriately selected depending on the application, but is preferably 5 to 200 μm, for example, when used as a battery separator.
[0053]
【Example】
The present invention will be described in more detail with reference to the following examples, but the present invention is not limited to these examples.
[0054]
[The heat of fusion of polypropylene (ΔHm)Measuring method]
Determined according to JIS K7122. About 10 mg of the sample was placed in a pre-weighed aluminum sample pan, and then the mass of the sample pan containing the sample was precisely weighed, and the difference from the sample pan mass was taken as the sample mass. The sample pan containing the sample was left in the sample holder of a scanning differential calorimeter (manufactured by Perkin Elmer, Inc., DSC-System7), and after heat treatment at 190 ° C./10 minutes in a nitrogen atmosphere, Cooled to 40 ° C at 10 ° C / min. Subsequently, after holding at 40 ° C./2 minutes, the temperature was raised to 190 ° C. at a rate of 10 ° C./min. For the DSC curve (melting curve) obtained during the heating process, a linear baseline is set in the range of 85 to 175 ° C, and the amount of heat is calculated from the area surrounded by the linear baseline and the DSC curve. Was converted per sample mass.
[0055]
Example 1
Weight average molecular weight (Mw) is 2.0 × 106Ultra high molecular weight polyethylene (UHMWPE) 20% by weight, Mw 3.5 × 10FiveHigh-density polyethylene (HDPE) 70% by weight, and Mw 5.9 × 10FiveAnd a polyolefin composition comprising 10% by weight of a propylene homopolymer having a heat of fusion of 95.7 J / g [MFR (230 ° C., 2.16 kg load): 0.5] (for a polyethylene composition comprising UHMWPE and HDPE, Mw / Mn 16), melting point 135 ° C., crystal dispersion temperature 90 ° C.) and tetrakis [methylene-3- (3,5-ditertiarybutyl-4-hydroxyphenyl) -propionate] as an antioxidant A polyolefin composition obtained by dry blending 0.25 parts by weight of methane per 100 parts by weight of the polyolefin composition was obtained. 30 parts by weight of the obtained hot polyolefin composition was put into a twin screw extruder (inner diameter 58 mm, L / D = 42, strong kneading type), and liquid paraffin [35 cst (40 c ° C)] 70 parts by weight were supplied, melt-kneaded under the conditions of 210 ° C and 200 rpm, and a polyolefin solution was prepared in an extruder. Subsequently, this polyolefin solution was extruded from a T-die installed at the tip of the extruder, and cooled while being drawn by a cooling roll adjusted to 0 ° C. to form a gel-like sheet. The obtained gel-like sheet was simultaneously biaxially stretched at 118 ° C. using a tenter stretching machine so that both the machine direction (MD) and the vertical direction (TD) were 5 times, thereby obtaining a stretched film. The obtained stretched membrane is fixed to a 20 cm × 20 cm aluminum frame and contains a methylene chloride [surface tension 27.3 mN / m (25 ° C.), boiling point 40.0 ° C.] adjusted to 25 ° C. It was immersed in and washed with rocking at 100 rpm for 3 minutes. The obtained membrane was air-dried at room temperature, and then subjected to heat setting treatment at 125 ° C. for 30 seconds while holding the membrane in a tenter to produce a polyolefin microporous membrane.
[0056]
Example 2
As polypropylene, Mw is 6.1 × 10FiveA polyolefin microporous membrane was prepared in the same manner as in Example 1 except that a propylene homopolymer [MFR (230 ° C., 2.16 kg load): 0.5] having a heat of fusion of 98.0 J / g was used.
[0057]
Example 3
As polypropylene, Mw is 8.6 × 10FiveA polyolefin microporous membrane was prepared in the same manner as in Example 1 except that a propylene homopolymer [MFR (230 ° C., 2.16 kg load): 0.4] having a heat of fusion of 104.5 J / g was used.
[0058]
Example 4
As polypropylene, Mw is 5.7 × 10FiveAnd a polyolefin microporous membrane was prepared in the same manner as in Example 1 except that a propylene homopolymer [MFR (230 ° C., 2.16 kg load): 0.5] having a heat of fusion of 99.3 J / g was used.
[0059]
Example 5
As polypropylene, Mw is 6.0 × 10FiveAnd a polyolefin microporous membrane was prepared in the same manner as in Example 1 except that a propylene homopolymer [MFR (230 ° C., 2.16 kg load): 0.5] having a heat of fusion of 91.6 J / g was used.
[0060]
Example 6
As polypropylene, Mw is 5.9 × 10FiveA polyolefin microporous membrane was prepared in the same manner as in Example 1 except that a propylene homopolymer [MFR (230 ° C., 2.16 kg load): 0.5] having a heat of fusion of 92.4 J / g was used.
[0061]
Comparative Example 1
As a polyolefin composition, UHMWPE (Mw: 2.0 × 106) 20% by weight and HDPE (Mw: 3.5 × 10FiveA polyolefin microporous membrane was prepared in the same manner as in Example 1 except that a polyethylene composition comprising 80% by weight was used.
[0062]
Comparative Example 2
As polypropylene, Mw is 6.8 × 10FiveA polyolefin microporous membrane was prepared in the same manner as in Example 1 except that a propylene homopolymer [MFR (230 ° C., 2.16 kg load): 0.4] having a heat of fusion of 83.0 J / g was used.
[0063]
Comparative Example 3
As polypropylene, Mw is 3.8 × 10FiveA polyolefin microporous membrane was prepared in the same manner as in Example 1 except that a propylene homopolymer [MFR (230 ° C., 2.16 kg load): 1.4] having a heat of fusion of 97.6 J / g was used.
[0064]
Comparative Example 4
As polypropylene, Mw is 3.5 × 10FiveA polyolefin microporous membrane was prepared in the same manner as in Example 1 except that a propylene homopolymer [MFR (230 ° C., 2.16 kg load): 1.3] having a heat of fusion of 71.3 J / g was used.
[0065]
Comparative Example 5
As polypropylene, Mw is 2.3 × 10FiveAnd a polyolefin microporous membrane was prepared in the same manner as in Example 1 except that a propylene homopolymer [MFR (230 ° C., 2.16 kg load): 7.0] having a heat of fusion of 72.0 J / g was used.
[0066]
Comparative Example 6
As polypropylene, Mw is 2.4 × 10FiveA polyolefin microporous membrane was prepared in the same manner as in Example 1 except that a propylene homopolymer [MFR (230 ° C., 2.16 kg load): 7.0] having a heat of fusion of 104.0 J / g was used.
[0067]
Comparative Example 7
As polypropylene, Mw is 1.1 × 10FiveA polyolefin microporous membrane was prepared in the same manner as in Example 1 except that a propylene homopolymer [MFR (230 ° C., 2.16 kg load): 50.0] having a heat of fusion of 99.4 J / g was used.
[0068]
The physical properties of the polyolefin microporous membranes obtained in Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 to 7 were measured by the following methods.
Average film thickness: A value measured by a contact thickness meter at an interval of 5 mm over a length of 30 cm in the vertical direction (TD) of the polyolefin microporous film was averaged.
・ Thickness variation σt: Standard deviation calculated from data when measuring average film thickness.
-Film thickness fluctuation rate: Film thickness fluctuation σtThe value obtained by dividing by the average film thickness was expressed as a percentage.
Air permeability: measured in accordance with JIS P8117 (film thickness 16 μm conversion).
-Porosity: measured by gravimetric method.
Puncture strength: The maximum load when a polyolefin microporous membrane was punctured at a speed of 2 mm / sec using a needle having a diameter of 1 mm (0.5 mm R) was measured (converted to a film thickness of 16 μm).
Heat shrinkage rate: The shrinkage rate in the machine direction (MD) and the vertical direction (TD) when the polyolefin microporous membrane was exposed at 105 ° C. for 8 hours was measured.
Shutdown temperature: Measured as the temperature at which the air permeability becomes 100,000 seconds / 100 cc or more by heating to a predetermined temperature.
Meltdown temperature: measured as the temperature at which the film melts and breaks when heated to a predetermined temperature.
[0069]
[Table 1]
Figure 0004121846
Table 1 continued
Figure 0004121846
Table 1 continued
Figure 0004121846
Table 1 continued
Figure 0004121846
[0070]
Note: (1) Polyolefin composition concentration in solution
(2) MD: Machine direction, TD: Vertical direction
(3) Film thickness fluctuation σt / average film thickness x 100
[0071]
As shown in Table 1, the polyolefin microporous membrane of the present invention has a particularly small thickness fluctuation rate, and at the same time, balance of air permeability, porosity, mechanical strength, dimensional stability, shutdown characteristics and meltdown characteristics. Is excellent. On the other hand, since the polyolefin microporous film of Comparative Example 1 does not contain polypropylene, it has a lower meltdown temperature than Examples 1-6. The polyolefin microporous membranes of Comparative Examples 2 to 7 have a polypropylene Mw of 5 × 10FiveSince the heat of fusion of polypropylene is less than 90 J / g, or both, the film thickness variation rate is large as compared with Examples 1-6.
[0072]
【The invention's effect】
As described above in detail, the polyolefin microporous membrane of the present invention comprises (a) polyethylene and (b) a weight average molecular weight of 5 × 10.FiveIncluding polypropylene with a melting heat of 90 J / g or more as measured by a scanning differential calorimeter, so film thickness uniformity, heat resistance, mechanical properties, permeability, dimensional stability, shutdown Excellent balance between properties and meltdown characteristics. By using the obtained polyolefin microporous membrane as a battery separator, not only battery characteristics such as capacity characteristics, cycle characteristics, and discharge characteristics at low temperatures, but also battery safety such as heat resistance and compression resistance and battery production All improvements including sex are possible.

Claims (6)

(a) ポリエチレン、及び
(b) 重量平均分子量が5×105以上であり、かつ走査型示差熱量計により測定される融解熱が90 J/g以上であるポリプロピレン
を含むことを特徴とするポリオレフィン微多孔膜。
(a) polyethylene, and
(b) A polyolefin microporous membrane comprising polypropylene having a weight average molecular weight of 5 × 10 5 or more and a heat of fusion measured by a scanning differential calorimeter of 90 J / g or more.
請求項1に記載のポリオレフィン微多孔膜において、前記ポリエチレンは、重量平均分子量The polyolefin microporous membrane according to claim 1, wherein the polyethylene has a weight average molecular weight. 5Five ×× 10Ten 5Five 以上のポリエチレンと、重量平均分子量Above polyethylene and weight average molecular weight 11 ×× 10Ten 4Four 以上〜more than~ 5Five ×× 10Ten 5Five 未満のポリエチレン、重量平均分子量Less than polyethylene, weight average molecular weight 11 ×× 10Ten 4Four 〜4×~ 4x 10Ten 66 のポリブテンThe polybutene -1-1 、重量平均分子量, Weight average molecular weight 11 ×× 10Ten 3Three 以上〜1×~ 1 × 10Ten 4Four 以下のポリエチレンワックス、及び重量平均分子量The following polyethylene waxes and weight average molecular weights 11 ×× 10Ten 4Four 〜4×~ 4x 10Ten 66 のエチレン・αOf ethylene -- オレフィン共重合体からなる群から選ばれた少なくとも一種の他のポリオレフィンとからなるポリエチレン組成物、又は重量平均分子量Polyethylene composition comprising at least one other polyolefin selected from the group consisting of olefin copolymers, or weight average molecular weight 5Five ×× 10Ten 5Five 以上の超高分子量ポリエチレンであることを特徴とするポリオレフィン微多孔膜。A polyolefin microporous membrane characterized by being the above ultrahigh molecular weight polyethylene. 請求項1又は2に記載のポリオレフィン微多孔膜において、膜厚変動率はThe polyolefin microporous membrane according to claim 1 or 2, wherein the film thickness variation rate is 1515 %以下であることを特徴とするポリオレフィン微多孔膜。% Or less of the polyolefin microporous membrane. 請求項1〜3のいずれかに記載のポリオレフィン微多孔膜において、膜厚The polyolefin microporous film according to any one of claims 1 to 3, wherein the film thickness is 1616 μμ mm 換算の透気度はThe converted air permeability is 2020 ~ 550550 秒/Sec / 100 cc100 cc であり、空孔率はAnd the porosity is 25twenty five ~ 8080 %であり、突刺強度はAnd the puncture strength is 2450 mN2450 mN / 1616 μμ mm 以上であり、That's it, 105105 ℃・8時間暴露後の熱収縮率は機械方向及び垂直方向ともに5%以下であり、シャットダウン温度はThe thermal shrinkage after exposure for 8 hours at ℃ is 5% or less in both the machine direction and vertical direction, and the shutdown temperature is 120120 ~ 140140 ℃であり、メルトダウン温度は℃, meltdown temperature is 165165 ℃以上であることを特徴とするポリオレフィン微多孔膜。A polyolefin microporous membrane having a temperature of at least ° C. (a) ポリエチレンと、
(b) 重量平均分子量が5×105以上であり、かつ走査型示差熱量計により測定される融解熱が90 J/g以上であるポリプロピレンと、
(c) 溶剤
とを溶融混練し、得られた溶融混練物をダイより押出し、次いで冷却してゲル状シートとした後、前記ゲル状シートを延伸した後前記溶剤を除去するか、前記ゲル状シートから前記溶剤を除去した後延伸するか、又は前記ゲル状シートを延伸した後前記溶剤を除去しさらに延伸することを特徴とするポリオレフィン微多孔膜の製造方法。
(a) polyethylene,
(b) a polypropylene having a weight average molecular weight of 5 × 10 5 or more and a heat of fusion measured by a scanning differential calorimeter of 90 J / g or more;
(c) Solvent and knead the solvent, the obtained melt-kneaded product is extruded from a die and then cooled to form a gel sheet, and then the gel sheet is stretched and then the solvent is removed or the gel A method for producing a polyolefin microporous membrane, comprising stretching after removing the solvent from the sheet, or stretching the gel-like sheet and then stretching the gel-like sheet.
請求項1〜4のいずれかに記載のポリオレフィン微多孔膜からなることを特徴とする電池用セパレーター。A battery separator comprising the polyolefin microporous membrane according to any one of claims 1 to 4 .
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