JP4184608B2 - 湿潤性向上のための高分子表面改質方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
本出願は１９９８年１２月２日および１９９９年４月１０日に韓国特許庁にそれぞれ出願された出願番号第９８−５２４８４号および第９９−１２６４３号に基づいたものである。
【０００２】
［発明の背景］
（ａ）発明の分野
本発明は高分子の表面を改質する方法に関し、とくに、高分子材料または高分子膜の表面を改質して親水性を付与したり疎水性を増加させる方法に関する。
【０００３】
（ｂ）従来の技術
高分子膜は空気浄化剤、水処理分野における濾過膜、電気分解、電池分野におけるセパレーター（separator）、ガス交換膜、人工臓器、各種飲料浄化、そして酵素の精製など多様な分野で広く利用されている。
【０００４】
そのうちの電池のセパレーター（separator）は、正極（anode）と負極（cathode）とを隔離し、二つの電極のあいだの接触による短絡を防止するとともに電解質またはイオンを通過させる役割を果す。とくに、セパレーター材料自体は電気エネルギー供与には寄与しないが、その機械的性質によって電池の性能および安全性に影響を及ぼす。
【０００５】
このような電池のセパレーターは、電池の種類に応じて要求される特性が多様であり、リチウム電池のような２次電池に使用されるセパレーターは従来の電池に使用したセパレーターとは異なる特性が要求されるため最近は多様な開発が行なわれている。
【０００６】
電池用セパレーターに要求される基本的な特性には、正極と負極との隔離能、電解質またはイオンの通過を容易にするための低い電気抵抗、電解液に対する優れた湿潤性、電池の組立および使用時に要求される適切な機械的強度、そして高密度充電のための膜の厚さの減少能などがある。とくに、セパレーターの電解液に対する湿潤性（wettability）は、電池組立時の生産性に直接的または間接的に大きな影響を及ぼす。これは、ゼリーロール（jelly roll）を製造したのちに、セパレーターに電解液が浸透するまで待たなければならないためである。したがって、疎水性であるセパレーターに親水性を付与して電解液の浸透速度を高めることは電池工業においては重要な課題である。
【０００７】
２次電池では電解液として活性の高い有機溶媒を使用するためシャットダウン（shut down）特性のような安全性がとくに要求される。しかし、従来の乾電池に使用されるセルロースまたは不織布では前記２次電池のセパレーターに求められる特性を満たすことができないため新たな高分子セパレーターが開発された。そのためのセパレーターは通常ポリオレフィン樹脂から製造されたものが多い。とくに、リチウムイオン電池の場合には活性の高い有機溶媒との反応性が低く安価な唯一の材料であるポリオレフィン樹脂をセパレーターとして使用することによって実用化され得るであろう。
【０００８】
ポリオレフィン樹脂を利用して通気性フィルムの前駆体フィルム（precursor film）を製造する方法には、充填材またはワックス（wax）と溶媒を使用して低分子量の物質を抽出して気孔を形成する湿式法と、溶媒を使用せず低温および高温での延伸によって微細気孔を形成する乾式法とがある。乾式法の場合、気孔を形成することにかかわる延伸工程は１軸延伸法と２軸延伸法を多く使用する。その外に理論的にまたは実験室で利用できる工程は多いが、商業的に利用されるセパレーターの製造方法は前記湿式法と乾式法のみである。
【０００９】
一方、リチウムイオン電池用セパレーターとして様々な優れた物性および経済性の理由でポリオレフィン系樹脂が多く使用されているが、この材質は本来、疎水性（hydrophobicity）であるため電解液に対する湿潤性（wettability）が低いという欠点を有する。したがって、このようなポリオレフィン系膜の疎水性を補完しようとする努力が多く試みられてきた。
【００１０】
このような試みにはアメリカのヘキストセラニーズ（Hoechst Celanese）社によって試みられた界面活性剤を利用した膜表面処理方法があり、米国特許第３，２３１，５３０号、米国特許第３，８５３，６０１号、米国特許第３，９５１，８１５号、米国特許４，０３９，４４０号、米国特許第４，３４０，４８２号などに記載された親水性を有するモノマー（monomer）または高分子を膜に化学結合させる方法がある。
【００１１】
しかし、このような方法は多様な他の好ましくない化学副反応を伴い高分子膜の分子量減少などが発生して製造された膜の耐久性が低下し、また、このような方法を使用する工程が複雑で経済性および大量生産面で有利でなく、さらには溶剤を使用するので作業環境が悪いなど多くの問題点を有している。
【００１２】
また、高分子膜の表面を改質する試みとしてコロナまたはプラズマなどを利用して親水性を付与する方法がある。米国特許第４，３４６，１４２号、米国特許第５，０８５，７７５号および米国特許第５，２９４，３４６号にはアクリル酸（acrylic acid）のような親水性モノマーおよびポリエチレンオキサイド（polyethylene oxide）のような高分子を膜表面にグラフト（grafting）させる方法が記載されている。その他にも日本特許公開公報平８−３１３９９号には電池の放電特性上親水性と疎水性がともに要求されるアルカリ２次電池のセパレーター用として酸素および四フッ化炭素（ＣＦ4）ガスを膜表面に同時に注入しながらプラズマ処理またはスパッタエッチング（sputter etching）させる方法が記載されている。しかし、このようなプラズマなどを利用する方法はプラズマそれ自体が有している固有の特性である高い外部環境因子依存性、広いエネルギー分布などの理由で均一な調節が難しく、さらには他の付随的な副反応によって表面が機械的に損傷して機械的性質を損うことがある。すなわち、膜に要求される重要な物性はプラズマを使用して達成することが難しい。
【００１３】
一方、真空条件下でエネルギーを有するイオン粒子を高分子表面に照射し、これと同時に反応性ガスを高分子表面にともに注入して高分子表面の接触角を減少させたり接着力を増大させる方法を含む高分子表面改質方法が韓国特許公開公報第９６−３７７４２号に記載されている。この方法は表面改質された高分子のうちのポリメチルメタアクリレート（ＰＭＭＡ）の場合には接触角を８°まで減少させ、ポリカーボネート（ＰＣ）の場合には水滴が流れ続けて接触角を測定することができない程度に高分子表面の接触角を低めることができる方法であると報告されている。
【００１４】
しかし、このようなイオンビーム照射とともに反応性ガスを注入する方法は選択される注入ガスの種類およびガスの供給に多くの影響を受ける。また、イオンビーム照射時の高分子表面にフリーラジカルが形成されるとともに共存する反応性ガスの付随的なイオン化によって高分子表面がエッチング（etching）されることがあるので材料の物性、とくに機械的性質が低下することがあるという問題点がある。イオン化された反応性ガスはイオンビームに使用されるガスに比べて一般的にイオン化しているあいだに表面に対するエッチング程度が激しくなることが知られている。とくに、他の材質に比べて相対的に損傷を受けやすい膜の表面の場合、このような現象がより多く発生するのである。
【００１５】
［発明の概要］
したがって、従来の技術の問題点を考慮した本発明は、高分子または高分子膜の機械的性質を低下させない高分子または高分子膜の表面改質方法を提供することを目的とする。
【００１６】
本発明の他の目的は、溶剤を使用しないで高分子または高分子膜の表面を改質することが容易であるため、良い作業環境を有し、かつ、大量生産技術に容易に適用できる高分子または高分子膜の改質方法を提供することにある。
【００１７】
本発明のその他の目的は、優れた湿潤性を有するリチウムイオン２次電池のセパレーター用高分子膜の製造方法を提供することにある。
【００１８】
［発明の詳細な説明］
本発明およびその数多くの利点は、以下の詳細な説明を参考にし、添付の図面を併せて考察すればよりよい理解を得ることができるであろう。
【００１９】
以下の本発明の詳細な説明においては、本発明の好ましい実施例のみを挙げて説明しているだけであり、本発明の発明者が意図した最良の様式のものを単に例示するに過ぎないものである。また、本発明から離れることなく本発明を様々な観点から変形することも可能であることは、容易に理解できるであろう。したがって、図面と説明は、本来、例示的なものであって、限定的なものではない。
【００２０】
本発明は前記目的を達成するための第１方法として、真空条件下でエネルギーを有するイオン粒子を高分子膜の表面に照射して高分子膜の表面を改質する方法を提供する。
【００２１】
前記方法は高分子膜の表面にイオン粒子を衝突させて表面の形態（morphology）を変化させることによって、すなわち、膜表面の気孔の大きさ、形状の変化に起因した物理的変形または粗度変化を招いて高分子膜の湿潤性を向上させる新規な方法である。
【００２２】
また、本発明は高分子フィルムの表面にイオン粒子を衝突させて表面の粗度を変化させて高分子フィルムの親水性を向上させる方法である。
【００２３】
前記方法は高真空に維持した真空チャンバ内に高分子膜または高分子フィルムを投入したのち、イオン銃にイオン生成ガスを注入してエネルギーを有するイオン粒子を生成させたのち、イオン粒子を高分子表面の一側面または両側面に照射することによって完成し、この時、イオン銃に連結された電源装置を調節してエネルギーを有する粒子のエネルギーが１０-2〜１０7ｋｅＶになるようにすると有効である。
【００２４】
照射されたイオン種類および照射条件に応じてイオンビームの照射を受けた高分子膜表面の気孔の大きさを変えることができたり、高分子膜表面の粗度を変えることができる。これによって各種溶媒の接触角が減少する。
【００２５】
また、気孔を有していない一般的な高分子フィルムは表面の粗度が変わることによって各種溶媒の接触角が減少する。
【００２６】
本発明のエネルギーを有するイオン粒子の種類は、電子、水素、酸素、窒素、ヘリウム、フッ素、ネオン、アルゴン、クリプトン、空気およびＮ2Ｏからなる群より選択された粒子の１種以上のものである。
【００２７】
また、本発明のイオン粒子の照射は、湿式法を使用した高分子膜の場合には気孔形成後が好ましく、乾式法の場合には気孔を形成する延伸工程前、延伸工程中間または延伸工程後のいずれでもよい。高分子フィルムの使用目的に応じてその照射時間を決定する。
【００２８】
第２方法は下記段階を含む高分子膜の表面改質方法である。
【００２９】
ａ）真空チャンバ内に高分子膜を挿入し、高真空下でエネルギーを有するイオン粒子をイオンビームによって高分子膜表面に照射して活性化した表面を含む高分子膜を製造し；
ｂ）エネルギーを有するイオン粒子による照射後、反応性ガスを注入して前記ａ）段階の活性化した表面を含む高分子膜の表面に反応させた反応性ガスで処理した高分子膜を製造する。
【００３０】
前記方法によれば、いずれも、反応性ガスの性質に応じて親水性または疎水性を示す高分子表面を形成することができる。
【００３１】
前記方法において、ａ）段階のイオンビーム照射およびｂ）段階の反応性ガス注入はそれぞれ分離されて、しかし、連続的に実施される。ａ）段階後の反応性ガスとの反応は真空チャンバで実施され、そののち、活性化した高分子膜を他のシーリング可能な反応チャンバに移すこともできる。とくに、これらの方法の代表的な一例は、相互に連結された２つの反応チャンバにおいて、フィルムが一つのチャンバから他のチャンバに移送されると同時にガスを注入する。
【００３２】
前記ａ）段階のエネルギーを有するイオン粒子の照射は高分子膜の一側面または両側面のいずれに行なうこともできる。
【００３３】
前記ａ）段階のイオン粒子の種類は、電子、水素、酸素、窒素、ヘリウム、フッ素、ネオン、アルゴン、クリプトン、空気およびＮ2Ｏからなる群から選択された粒子またはそれらの化合物の１種以上である。実際には、他のイオン粒子のいずれも使用することができる。
【００３４】
前記ａ）段階のエネルギーを有するイオン粒子の照射量は１０5〜１０20イオン／ｃｍ2が好ましく、そのエネルギーの大きさは１０-2〜１０7ｋｅＶが好ましく、前記ａ）段階の高真空は１０-2〜１０-8トールが好ましい。
【００３５】
前記ａ）段階の活性化した表面を含む高分子膜はエネルギーを有するイオン粒子の照射によって高分子の表面にラジカルが形成された膜である。
【００３６】
前記ｂ）段階の反応性ガスは、真空チャンバ内の圧力が１０-6〜１０4トールのとき注入することが好ましい。このとき、反応性ガスの注入速度は０．５〜１０００ｍｌ／分が好ましく、反応性ガスは、ヘリウム、水素、酸素、窒素、空気、アンモニア、一酸化炭素、二酸化炭素、四フッ化炭素、メタン、Ｎ2Ｏおよびこれらの混合ガスからなる群より１種以上のガスを選択して使用することができる。実際には、全ての他のガスも使用することができる。
【００３７】
前記方法に適用することができる高分子膜の材料は、ポリプロピレン、高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）、低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）および鎖状低密度ポリエチレン（ＬＬＤＰＥ）からなるポリオレフィン群から選択され、このポリオレフィン群から選択された１種以上のポリオレフィン混和物またはポリオレフィン積層体であることが好ましい。
【００３８】
高真空に維持した真空チャンバ内に前駆体フィルムを投入し、イオン銃（ion gun）にイオン生成ガスを注入してエネルギーを有するイオンを生成させたのち、イオンビーム電流を変化させながらエネルギーを有する粒子を高分子膜表面の一側面または両側面に照射する。このようなイオンビームの照射はその高分子の表面にフリーラジカルを形成するためである。イオンビーム照射によってフリーラジカルが形成されたのち、直ちに膜周囲に反応性ガスが注入される。反応性ガスの極性または非極性基は高分子膜表面のフリーラジカルと反応して高分子膜の表面に親水性を付与したりまたは疎水性を増加させたりする。
【００３９】
前記でイオン銃に連結された電源装置を調節してエネルギーを有する粒子のエネルギーを０．０１〜１００ｋｅＶの範囲に調節し、反応性ガスの注入速度は０．５〜１０００ｍｌ／分の範囲が好ましく、反応性ガスを注入したのちの真空チャンバ内の圧力は１０-6〜１０4トールの範囲が好ましい。
【００４０】
前記方法の高分子膜表面の改質程度はイオン粒子の照射によって変化し、また反応性ガスの変数としてガス注入速度および注入量（たとえば、真空チャンバ内圧力）によって変る。
【００４１】
前記反応性ガスの注入は前段階で照射されたイオン粒子の干渉がない条件下で実施されるのが好ましい。
【００４２】
従来のイオンビーム照射と反応性ガス注入とを同時に実施する方法はイオンビーム照射により反応性ガスがイオン化し、反応性ガスのイオン化により高分子膜表面の損傷が発生することがある。しかし前記方法のようにイオン照射を完了したのちに反応性ガスを順次に注入すると機械的性質を低下させずに高分子膜の表面を改質することができる。
【００４３】
前記２つの方法によって製造された高分子膜は電池のセパレーターとして使用されることができ、とくに、リチウムイオン２次電池またはアルカリ２次電池のセパレーターとして好適である。
【００４４】
前記方法によって表面改質された高分子膜は生産することが比較的容易となり、溶剤を使用しないので比較的良好な製造環境で作業することができる。さらに、この方法によれば大量生産も容易である。
【００４５】
前記方法は高分子膜以外の（高分子フィルムなどのような）全ての種類の高分子製品に適用することができ、表面改質特性も優れており、その理由は高分子自体のマトリックスに影響を与えないでイオンビーム照射によって表面粗度を変化させたりイオンビーム照射によって活性化された高分子表面に反応性ガスが反応して親水性または疎水性を有するようになるためである。
【００４６】
以下の実施例および比較例によって本発明を詳細に説明する。しかし、実施例は本発明を例示するためのものであって本発明を限定するものではない。
【００４７】
下記の実施例および比較例では表面改質された高分子膜を次の項目で試験した。
【００４８】
ａ）引張強度（tensile strength）および引張弾性率（tensile modulus）：（ＡＳＴＭ）Ｄ８８２
ｂ）耐破壊強度（puncture resistance）
ｃ）水吸収速度（water absorption speed）：（ＪＩＳ）Ｌ−１０９６
ｄ）電解液（ethylene cabonate／dimethyl carbonate混合液）に対する接触角
【００４９】
実施例１
乾式法で製造されたポリエチレンセパレーターを１０-4トールに維持した真空チャンバに投入したのち、水素イオン粒子（Ｈ2 +）をイオン銃を用いて膜の両側面に照射した。この時、イオンビームのエネルギーは５００ｅＶ、イオン照射量は５×１０14イオン／ｃｍ2であった。このようにして得られた微細多孔質膜は水の吸収速度は４．２秒であり、エチレンカーボネート（ＥＣ、ethylene carbonate）とジメチルカーボネート（ＤＭＣ、dimethyl carbonate）との混合物であって、その混合比率がＥＣ：ＤＭＣが重量比で４：６である電解液１、５：５である電解液２および６：４である電解液３に対して優れた湿潤性を示した。また、極性程度が最も大きい電解液３に対しては接触角を測定した結果、電解液が膜内部に浸透したため測定することができなかったが、これは電解液に膜が完全に濡れたことを意味する。
【００５０】
ここで、水素イオン粒子を照射する前のポリエチレン膜表面の電子走査顕微鏡写真を図１に示し、水素イオン粒子を照射したのちのポリエチレン膜表面の電子走査顕微鏡写真を図２に示した。この写真からポリエチレン膜表面の粗度は照射前より粗くなり、微細気孔の大きさが多少大きくなっていたことを観察することができた。
【００５１】
実施例２
湿式法で製造されたポリエチレンセパレーターを実施例１と同様に１０-4トールに維持した真空チャンバに投入したのち、水素イオン粒子（Ｈ2 +）をイオン銃を用いて膜の両側面に照射した。この時、イオンビームのエネルギーは４００ｅＶ、イオン照射量は１×１０15イオン／ｃｍ2であった。得られた微細多孔質膜は水の吸収速度が２．５秒であった。実施例１と同一の電解液１、電解液２、電解液３の３種類の電解液に対して湿潤性を試験した結果、全て良好な湿潤性を示した。また、極性強度が最も大きい電解液３に対する接触角は、電解液が膜内部に浸透したため測定することができなかったが、これは電解液に膜が完全に濡れたことを意味する。
【００５２】
実施例３
上層がポリプロピレン、中間層がポリエチレンおよび下層がポリプロピレンで構成された３層構造の積層膜を実施例１と同一の方法で１０-4トールに維持した真空チャンバに投入したのち、水素イオン粒子（Ｈ2 +）をイオン銃を用いて膜の両側面に照射した。この時、イオンビームのエネルギーは９００ｅＶ、イオン照射量は１×１０15イオン／ｃｍ2であった。得られた微細多孔質膜は水吸収速度が４．８秒であり、実施例１と同一の電解液１、電解液２、電解液３の３種類の電解液に対して試験した結果、全て良好な湿潤性を示した。また、極性強度が最も大きい電解液３に対する接触角は、電解液が膜内部に浸透したため測定することができなかったが、これは電解液に膜が完全に濡れたことを意味する。
【００５３】
実施例４
ポリプロピレンとポリエチレンを混和して製造したセパレーターを実施例１と同一の方法で１０-4トールに維持した真空チャンバに投入したのち、水素イオン粒子（Ｈ2 +）をイオン銃を用いて膜の両側面に照射した。この時、イオンビームのエネルギーは９００ｅＶ、イオン照射量は５×１０14イオン／ｃｍ2であった。得られた微細多孔質膜は水吸収速度が２．７秒であり、実施例１と同一の電解液１、電解液２および電解液３の３種類の電解液に対して湿潤性を試験した結果、全て良好な湿潤性を示した。また、極性強度が最も大きい電解液３に対する接触角は、電解液が膜内部に浸透したため測定することができなかったが、これは電解液に膜が完全に濡れたことを意味する。
【００５４】
実施例５
一般的なブローイング工程によって製造された２５μｍの厚さを有する低密度ポリエチレンフィルムを実施例１と同一の方法で１０-5トールに維持した真空チャンバに投入したのち、アルゴンイオン粒子（Ａｒ+）をイオン銃を用いて膜の両側面に照射した。この時、イオンビームのエネルギーは２ｋｅＶ、イオン照射量は１×１０12イオン／ｃｍ2であった。
【００５５】
このようにして得られたフィルムの水に対する接触角を測定した結果、１０°未満を示した。
【００５６】
比較例１
一般的なブローイング工程によって製造された２５μｍの厚さを有する低密度ポリエチレンフィルムに対して実施例５と同一の方法で水に対する接触角を測定した結果、５０°であって疎水性の物性を示した。
【００５７】
比較例２
乾式法で製造されたポリエチレンの微細多孔質膜
乾式法で製造されたポリエチレンの微細多孔質膜（米国のヘキストセラニーズ社製）の物性を表１に記載した。
【００５８】
比較例３
乾式法で製造されたポリエチレンの微細多孔質膜の表面改質
乾式法で製造されたポリエチレンの微細多孔質膜（米国のヘキストセラニーズ社製）を１０-5〜１０-6トールに維持した真空チャンバに投入したのち、反応性ガスとして酸素を注入しながら同時に水素イオン粒子（Ｈ2 +）をイオン銃を用いて膜の両側面に照射した。この時の水素イオンビームエネルギーは０．９ｋｅＶであり、イオン照射量は１０16イオン／ｃｍ2であり、酸素ガス注入量は４ｍｌ／分であった。
【００５９】
表面改質された微細多孔質膜の物性を表１に記載した。
【００６０】
実施例６
乾式法で製造されたポリエチレンの微細多孔質膜の表面改質
一般的な乾式法で製造されたポリエチレンの微細多孔質膜（米国のヘキストセラニーズ社製）を１０-5〜１０-6トールに維持した真空チャンバに投入したのち、水素イオン粒子（Ｈ2 +）をイオン銃を用いて膜の両側面に照射して膜の両側面にフリーラジカルを形成させた。この時のイオンビームエネルギーは１ｋｅＶであり、イオン照射量は１０16イオン／ｃｍ2であった。
【００６１】
イオンビーム照射後、直ちに反応性ガス注入器を通じて２００ｍｌ／分の速度で真空チャンバの内部の圧力が大気圧になるまで酸素ガスを注入した。
【００６２】
このように順次に反応性ガスを注入することによって膜表面に酸素原子を含む極性基が導入された。改質された微細多孔質膜の物性を表１に記載した。
【００６３】
比較例４
湿式法で製造されたポリエチレンの微細多孔質膜
一般的な湿式法で製造されたポリエチレンの微細多孔質膜（日本のトウネン社製）の物性を表１に記載した。
【００６４】
実施例７
湿式法で製造されたポリエチレンの微細多孔質膜の表面改質
一般的な湿式法で製造されたポリエチレンの微細多孔質膜（日本のトウネン社製）を１０-5〜１０-6トールに維持した真空チャンバに投入したのち、水素イオン粒子（Ｈ2 +）をイオン銃を用いて膜の両側面に照射して膜の両表面にフリーラジカルを形成した。この時のイオンビームエネルギーは０．７ｋｅＶであり、イオン照射量は５×１０15イオン／ｃｍ2であった。
【００６５】
イオンビーム照射後、直ちに反応性ガス注入器を通じて１００ｍｌ／分の速度で真空チャンバの内部の圧力が大気圧になるまで酸素ガスを注入した。
【００６６】
このように順次に反応性ガスを注入することによって膜表面に酸素原子を含む極性基が導入された。改質された微細多孔質膜の物性を表１に記載した。
【００６７】
【表１】
【００６８】
前記表１のように、本発明の高分子膜表面改質方法によって製造された微細多孔質膜は表面処理しない微細多孔質膜と比較して同等の機械的性質を示しながらも水吸収速度が速く、電解液に対する接触角を低くする親水性として高い表面改質の効果を示すことが分かる。
【００６９】
さらに、本発明の表面改質方法は、膜の機械的性質（たとえば、引張り強度）を大きく低下させる他の方法と比べた場合、顕著に良好な膜表面改質を示し、機械特性を低下させることなく親水性を付与する。このことは、従来のイオン粒子照射と同時に反応性ガスを注入して高分子膜の表面を改質する方法による比較例３および比較例４を考察しても、正しい。この方法は製造された微細多孔質膜の水吸収速度を高め、電解液の接触角を低くすることによる表面親水性に効果がある。
【００７０】
本発明の第１方法は、反応性ガスの助けなくして真空条件下でエネルギーを有する粒子を高分子の膜表面に照射して水および電解液を含む全ての種類の溶媒に対して高分子膜の湿潤性（wettability）を向上させることができる。このように処理した高分子膜をリチウム２次電池のセパレーターとして使用する場合、各種電解液に対する湿潤性が優れているため電解液選定時の選択の幅が非常に広くなり組立および性能の向上に大きく寄与する。
【００７１】
また、イオンビーム照射およびそののちの反応性ガス注入によって高分子膜表面を改質する本発明の第２の方法は、高分子膜の機械的性質を低下させずに表面改質ができ、目的とする膜表面改質の特性（親水性または疎水性など）を注入する反応ガスによって得ることができる。
【００７２】
以上、実施例を参照しながら本発明を詳細に説明したので、当業者であれば、特許請求の範囲に記載した本発明の思想と範囲内において、本発明に対する様々な変更・置換ができるであろうことが考えられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 実施例１の水素イオン粒子照射によって表面処理する前のポリエチレン膜表面の走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真である。
【図２】 実施例１の水素イオン粒子照射によって表面処理したのちのポリエチレン膜表面の走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真である。
本出願は１９９８年１２月２日および１９９９年４月１０日に韓国特許庁にそれぞれ出願された出願番号第９８−５２４８４号および第９９−１２６４３号に基づいたものである。
【０００２】
［発明の背景］
（ａ）発明の分野
本発明は高分子の表面を改質する方法に関し、とくに、高分子材料または高分子膜の表面を改質して親水性を付与したり疎水性を増加させる方法に関する。
【０００３】
（ｂ）従来の技術
高分子膜は空気浄化剤、水処理分野における濾過膜、電気分解、電池分野におけるセパレーター（separator）、ガス交換膜、人工臓器、各種飲料浄化、そして酵素の精製など多様な分野で広く利用されている。
【０００４】
そのうちの電池のセパレーター（separator）は、正極（anode）と負極（cathode）とを隔離し、二つの電極のあいだの接触による短絡を防止するとともに電解質またはイオンを通過させる役割を果す。とくに、セパレーター材料自体は電気エネルギー供与には寄与しないが、その機械的性質によって電池の性能および安全性に影響を及ぼす。
【０００５】
このような電池のセパレーターは、電池の種類に応じて要求される特性が多様であり、リチウム電池のような２次電池に使用されるセパレーターは従来の電池に使用したセパレーターとは異なる特性が要求されるため最近は多様な開発が行なわれている。
【０００６】
電池用セパレーターに要求される基本的な特性には、正極と負極との隔離能、電解質またはイオンの通過を容易にするための低い電気抵抗、電解液に対する優れた湿潤性、電池の組立および使用時に要求される適切な機械的強度、そして高密度充電のための膜の厚さの減少能などがある。とくに、セパレーターの電解液に対する湿潤性（wettability）は、電池組立時の生産性に直接的または間接的に大きな影響を及ぼす。これは、ゼリーロール（jelly roll）を製造したのちに、セパレーターに電解液が浸透するまで待たなければならないためである。したがって、疎水性であるセパレーターに親水性を付与して電解液の浸透速度を高めることは電池工業においては重要な課題である。
【０００７】
２次電池では電解液として活性の高い有機溶媒を使用するためシャットダウン（shut down）特性のような安全性がとくに要求される。しかし、従来の乾電池に使用されるセルロースまたは不織布では前記２次電池のセパレーターに求められる特性を満たすことができないため新たな高分子セパレーターが開発された。そのためのセパレーターは通常ポリオレフィン樹脂から製造されたものが多い。とくに、リチウムイオン電池の場合には活性の高い有機溶媒との反応性が低く安価な唯一の材料であるポリオレフィン樹脂をセパレーターとして使用することによって実用化され得るであろう。
【０００８】
ポリオレフィン樹脂を利用して通気性フィルムの前駆体フィルム（precursor film）を製造する方法には、充填材またはワックス（wax）と溶媒を使用して低分子量の物質を抽出して気孔を形成する湿式法と、溶媒を使用せず低温および高温での延伸によって微細気孔を形成する乾式法とがある。乾式法の場合、気孔を形成することにかかわる延伸工程は１軸延伸法と２軸延伸法を多く使用する。その外に理論的にまたは実験室で利用できる工程は多いが、商業的に利用されるセパレーターの製造方法は前記湿式法と乾式法のみである。
【０００９】
一方、リチウムイオン電池用セパレーターとして様々な優れた物性および経済性の理由でポリオレフィン系樹脂が多く使用されているが、この材質は本来、疎水性（hydrophobicity）であるため電解液に対する湿潤性（wettability）が低いという欠点を有する。したがって、このようなポリオレフィン系膜の疎水性を補完しようとする努力が多く試みられてきた。
【００１０】
このような試みにはアメリカのヘキストセラニーズ（Hoechst Celanese）社によって試みられた界面活性剤を利用した膜表面処理方法があり、米国特許第３，２３１，５３０号、米国特許第３，８５３，６０１号、米国特許第３，９５１，８１５号、米国特許４，０３９，４４０号、米国特許第４，３４０，４８２号などに記載された親水性を有するモノマー（monomer）または高分子を膜に化学結合させる方法がある。
【００１１】
しかし、このような方法は多様な他の好ましくない化学副反応を伴い高分子膜の分子量減少などが発生して製造された膜の耐久性が低下し、また、このような方法を使用する工程が複雑で経済性および大量生産面で有利でなく、さらには溶剤を使用するので作業環境が悪いなど多くの問題点を有している。
【００１２】
また、高分子膜の表面を改質する試みとしてコロナまたはプラズマなどを利用して親水性を付与する方法がある。米国特許第４，３４６，１４２号、米国特許第５，０８５，７７５号および米国特許第５，２９４，３４６号にはアクリル酸（acrylic acid）のような親水性モノマーおよびポリエチレンオキサイド（polyethylene oxide）のような高分子を膜表面にグラフト（grafting）させる方法が記載されている。その他にも日本特許公開公報平８−３１３９９号には電池の放電特性上親水性と疎水性がともに要求されるアルカリ２次電池のセパレーター用として酸素および四フッ化炭素（ＣＦ4）ガスを膜表面に同時に注入しながらプラズマ処理またはスパッタエッチング（sputter etching）させる方法が記載されている。しかし、このようなプラズマなどを利用する方法はプラズマそれ自体が有している固有の特性である高い外部環境因子依存性、広いエネルギー分布などの理由で均一な調節が難しく、さらには他の付随的な副反応によって表面が機械的に損傷して機械的性質を損うことがある。すなわち、膜に要求される重要な物性はプラズマを使用して達成することが難しい。
【００１３】
一方、真空条件下でエネルギーを有するイオン粒子を高分子表面に照射し、これと同時に反応性ガスを高分子表面にともに注入して高分子表面の接触角を減少させたり接着力を増大させる方法を含む高分子表面改質方法が韓国特許公開公報第９６−３７７４２号に記載されている。この方法は表面改質された高分子のうちのポリメチルメタアクリレート（ＰＭＭＡ）の場合には接触角を８°まで減少させ、ポリカーボネート（ＰＣ）の場合には水滴が流れ続けて接触角を測定することができない程度に高分子表面の接触角を低めることができる方法であると報告されている。
【００１４】
しかし、このようなイオンビーム照射とともに反応性ガスを注入する方法は選択される注入ガスの種類およびガスの供給に多くの影響を受ける。また、イオンビーム照射時の高分子表面にフリーラジカルが形成されるとともに共存する反応性ガスの付随的なイオン化によって高分子表面がエッチング（etching）されることがあるので材料の物性、とくに機械的性質が低下することがあるという問題点がある。イオン化された反応性ガスはイオンビームに使用されるガスに比べて一般的にイオン化しているあいだに表面に対するエッチング程度が激しくなることが知られている。とくに、他の材質に比べて相対的に損傷を受けやすい膜の表面の場合、このような現象がより多く発生するのである。
【００１５】
［発明の概要］
したがって、従来の技術の問題点を考慮した本発明は、高分子または高分子膜の機械的性質を低下させない高分子または高分子膜の表面改質方法を提供することを目的とする。
【００１６】
本発明の他の目的は、溶剤を使用しないで高分子または高分子膜の表面を改質することが容易であるため、良い作業環境を有し、かつ、大量生産技術に容易に適用できる高分子または高分子膜の改質方法を提供することにある。
【００１７】
本発明のその他の目的は、優れた湿潤性を有するリチウムイオン２次電池のセパレーター用高分子膜の製造方法を提供することにある。
【００１８】
［発明の詳細な説明］
本発明およびその数多くの利点は、以下の詳細な説明を参考にし、添付の図面を併せて考察すればよりよい理解を得ることができるであろう。
【００１９】
以下の本発明の詳細な説明においては、本発明の好ましい実施例のみを挙げて説明しているだけであり、本発明の発明者が意図した最良の様式のものを単に例示するに過ぎないものである。また、本発明から離れることなく本発明を様々な観点から変形することも可能であることは、容易に理解できるであろう。したがって、図面と説明は、本来、例示的なものであって、限定的なものではない。
【００２０】
本発明は前記目的を達成するための第１方法として、真空条件下でエネルギーを有するイオン粒子を高分子膜の表面に照射して高分子膜の表面を改質する方法を提供する。
【００２１】
前記方法は高分子膜の表面にイオン粒子を衝突させて表面の形態（morphology）を変化させることによって、すなわち、膜表面の気孔の大きさ、形状の変化に起因した物理的変形または粗度変化を招いて高分子膜の湿潤性を向上させる新規な方法である。
【００２２】
また、本発明は高分子フィルムの表面にイオン粒子を衝突させて表面の粗度を変化させて高分子フィルムの親水性を向上させる方法である。
【００２３】
前記方法は高真空に維持した真空チャンバ内に高分子膜または高分子フィルムを投入したのち、イオン銃にイオン生成ガスを注入してエネルギーを有するイオン粒子を生成させたのち、イオン粒子を高分子表面の一側面または両側面に照射することによって完成し、この時、イオン銃に連結された電源装置を調節してエネルギーを有する粒子のエネルギーが１０-2〜１０7ｋｅＶになるようにすると有効である。
【００２４】
照射されたイオン種類および照射条件に応じてイオンビームの照射を受けた高分子膜表面の気孔の大きさを変えることができたり、高分子膜表面の粗度を変えることができる。これによって各種溶媒の接触角が減少する。
【００２５】
また、気孔を有していない一般的な高分子フィルムは表面の粗度が変わることによって各種溶媒の接触角が減少する。
【００２６】
本発明のエネルギーを有するイオン粒子の種類は、電子、水素、酸素、窒素、ヘリウム、フッ素、ネオン、アルゴン、クリプトン、空気およびＮ2Ｏからなる群より選択された粒子の１種以上のものである。
【００２７】
また、本発明のイオン粒子の照射は、湿式法を使用した高分子膜の場合には気孔形成後が好ましく、乾式法の場合には気孔を形成する延伸工程前、延伸工程中間または延伸工程後のいずれでもよい。高分子フィルムの使用目的に応じてその照射時間を決定する。
【００２８】
第２方法は下記段階を含む高分子膜の表面改質方法である。
【００２９】
ａ）真空チャンバ内に高分子膜を挿入し、高真空下でエネルギーを有するイオン粒子をイオンビームによって高分子膜表面に照射して活性化した表面を含む高分子膜を製造し；
ｂ）エネルギーを有するイオン粒子による照射後、反応性ガスを注入して前記ａ）段階の活性化した表面を含む高分子膜の表面に反応させた反応性ガスで処理した高分子膜を製造する。
【００３０】
前記方法によれば、いずれも、反応性ガスの性質に応じて親水性または疎水性を示す高分子表面を形成することができる。
【００３１】
前記方法において、ａ）段階のイオンビーム照射およびｂ）段階の反応性ガス注入はそれぞれ分離されて、しかし、連続的に実施される。ａ）段階後の反応性ガスとの反応は真空チャンバで実施され、そののち、活性化した高分子膜を他のシーリング可能な反応チャンバに移すこともできる。とくに、これらの方法の代表的な一例は、相互に連結された２つの反応チャンバにおいて、フィルムが一つのチャンバから他のチャンバに移送されると同時にガスを注入する。
【００３２】
前記ａ）段階のエネルギーを有するイオン粒子の照射は高分子膜の一側面または両側面のいずれに行なうこともできる。
【００３３】
前記ａ）段階のイオン粒子の種類は、電子、水素、酸素、窒素、ヘリウム、フッ素、ネオン、アルゴン、クリプトン、空気およびＮ2Ｏからなる群から選択された粒子またはそれらの化合物の１種以上である。実際には、他のイオン粒子のいずれも使用することができる。
【００３４】
前記ａ）段階のエネルギーを有するイオン粒子の照射量は１０5〜１０20イオン／ｃｍ2が好ましく、そのエネルギーの大きさは１０-2〜１０7ｋｅＶが好ましく、前記ａ）段階の高真空は１０-2〜１０-8トールが好ましい。
【００３５】
前記ａ）段階の活性化した表面を含む高分子膜はエネルギーを有するイオン粒子の照射によって高分子の表面にラジカルが形成された膜である。
【００３６】
前記ｂ）段階の反応性ガスは、真空チャンバ内の圧力が１０-6〜１０4トールのとき注入することが好ましい。このとき、反応性ガスの注入速度は０．５〜１０００ｍｌ／分が好ましく、反応性ガスは、ヘリウム、水素、酸素、窒素、空気、アンモニア、一酸化炭素、二酸化炭素、四フッ化炭素、メタン、Ｎ2Ｏおよびこれらの混合ガスからなる群より１種以上のガスを選択して使用することができる。実際には、全ての他のガスも使用することができる。
【００３７】
前記方法に適用することができる高分子膜の材料は、ポリプロピレン、高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）、低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）および鎖状低密度ポリエチレン（ＬＬＤＰＥ）からなるポリオレフィン群から選択され、このポリオレフィン群から選択された１種以上のポリオレフィン混和物またはポリオレフィン積層体であることが好ましい。
【００３８】
高真空に維持した真空チャンバ内に前駆体フィルムを投入し、イオン銃（ion gun）にイオン生成ガスを注入してエネルギーを有するイオンを生成させたのち、イオンビーム電流を変化させながらエネルギーを有する粒子を高分子膜表面の一側面または両側面に照射する。このようなイオンビームの照射はその高分子の表面にフリーラジカルを形成するためである。イオンビーム照射によってフリーラジカルが形成されたのち、直ちに膜周囲に反応性ガスが注入される。反応性ガスの極性または非極性基は高分子膜表面のフリーラジカルと反応して高分子膜の表面に親水性を付与したりまたは疎水性を増加させたりする。
【００３９】
前記でイオン銃に連結された電源装置を調節してエネルギーを有する粒子のエネルギーを０．０１〜１００ｋｅＶの範囲に調節し、反応性ガスの注入速度は０．５〜１０００ｍｌ／分の範囲が好ましく、反応性ガスを注入したのちの真空チャンバ内の圧力は１０-6〜１０4トールの範囲が好ましい。
【００４０】
前記方法の高分子膜表面の改質程度はイオン粒子の照射によって変化し、また反応性ガスの変数としてガス注入速度および注入量（たとえば、真空チャンバ内圧力）によって変る。
【００４１】
前記反応性ガスの注入は前段階で照射されたイオン粒子の干渉がない条件下で実施されるのが好ましい。
【００４２】
従来のイオンビーム照射と反応性ガス注入とを同時に実施する方法はイオンビーム照射により反応性ガスがイオン化し、反応性ガスのイオン化により高分子膜表面の損傷が発生することがある。しかし前記方法のようにイオン照射を完了したのちに反応性ガスを順次に注入すると機械的性質を低下させずに高分子膜の表面を改質することができる。
【００４３】
前記２つの方法によって製造された高分子膜は電池のセパレーターとして使用されることができ、とくに、リチウムイオン２次電池またはアルカリ２次電池のセパレーターとして好適である。
【００４４】
前記方法によって表面改質された高分子膜は生産することが比較的容易となり、溶剤を使用しないので比較的良好な製造環境で作業することができる。さらに、この方法によれば大量生産も容易である。
【００４５】
前記方法は高分子膜以外の（高分子フィルムなどのような）全ての種類の高分子製品に適用することができ、表面改質特性も優れており、その理由は高分子自体のマトリックスに影響を与えないでイオンビーム照射によって表面粗度を変化させたりイオンビーム照射によって活性化された高分子表面に反応性ガスが反応して親水性または疎水性を有するようになるためである。
【００４６】
以下の実施例および比較例によって本発明を詳細に説明する。しかし、実施例は本発明を例示するためのものであって本発明を限定するものではない。
【００４７】
下記の実施例および比較例では表面改質された高分子膜を次の項目で試験した。
【００４８】
ａ）引張強度（tensile strength）および引張弾性率（tensile modulus）：（ＡＳＴＭ）Ｄ８８２
ｂ）耐破壊強度（puncture resistance）
ｃ）水吸収速度（water absorption speed）：（ＪＩＳ）Ｌ−１０９６
ｄ）電解液（ethylene cabonate／dimethyl carbonate混合液）に対する接触角
【００４９】
実施例１
乾式法で製造されたポリエチレンセパレーターを１０-4トールに維持した真空チャンバに投入したのち、水素イオン粒子（Ｈ2 +）をイオン銃を用いて膜の両側面に照射した。この時、イオンビームのエネルギーは５００ｅＶ、イオン照射量は５×１０14イオン／ｃｍ2であった。このようにして得られた微細多孔質膜は水の吸収速度は４．２秒であり、エチレンカーボネート（ＥＣ、ethylene carbonate）とジメチルカーボネート（ＤＭＣ、dimethyl carbonate）との混合物であって、その混合比率がＥＣ：ＤＭＣが重量比で４：６である電解液１、５：５である電解液２および６：４である電解液３に対して優れた湿潤性を示した。また、極性程度が最も大きい電解液３に対しては接触角を測定した結果、電解液が膜内部に浸透したため測定することができなかったが、これは電解液に膜が完全に濡れたことを意味する。
【００５０】
ここで、水素イオン粒子を照射する前のポリエチレン膜表面の電子走査顕微鏡写真を図１に示し、水素イオン粒子を照射したのちのポリエチレン膜表面の電子走査顕微鏡写真を図２に示した。この写真からポリエチレン膜表面の粗度は照射前より粗くなり、微細気孔の大きさが多少大きくなっていたことを観察することができた。
【００５１】
実施例２
湿式法で製造されたポリエチレンセパレーターを実施例１と同様に１０-4トールに維持した真空チャンバに投入したのち、水素イオン粒子（Ｈ2 +）をイオン銃を用いて膜の両側面に照射した。この時、イオンビームのエネルギーは４００ｅＶ、イオン照射量は１×１０15イオン／ｃｍ2であった。得られた微細多孔質膜は水の吸収速度が２．５秒であった。実施例１と同一の電解液１、電解液２、電解液３の３種類の電解液に対して湿潤性を試験した結果、全て良好な湿潤性を示した。また、極性強度が最も大きい電解液３に対する接触角は、電解液が膜内部に浸透したため測定することができなかったが、これは電解液に膜が完全に濡れたことを意味する。
【００５２】
実施例３
上層がポリプロピレン、中間層がポリエチレンおよび下層がポリプロピレンで構成された３層構造の積層膜を実施例１と同一の方法で１０-4トールに維持した真空チャンバに投入したのち、水素イオン粒子（Ｈ2 +）をイオン銃を用いて膜の両側面に照射した。この時、イオンビームのエネルギーは９００ｅＶ、イオン照射量は１×１０15イオン／ｃｍ2であった。得られた微細多孔質膜は水吸収速度が４．８秒であり、実施例１と同一の電解液１、電解液２、電解液３の３種類の電解液に対して試験した結果、全て良好な湿潤性を示した。また、極性強度が最も大きい電解液３に対する接触角は、電解液が膜内部に浸透したため測定することができなかったが、これは電解液に膜が完全に濡れたことを意味する。
【００５３】
実施例４
ポリプロピレンとポリエチレンを混和して製造したセパレーターを実施例１と同一の方法で１０-4トールに維持した真空チャンバに投入したのち、水素イオン粒子（Ｈ2 +）をイオン銃を用いて膜の両側面に照射した。この時、イオンビームのエネルギーは９００ｅＶ、イオン照射量は５×１０14イオン／ｃｍ2であった。得られた微細多孔質膜は水吸収速度が２．７秒であり、実施例１と同一の電解液１、電解液２および電解液３の３種類の電解液に対して湿潤性を試験した結果、全て良好な湿潤性を示した。また、極性強度が最も大きい電解液３に対する接触角は、電解液が膜内部に浸透したため測定することができなかったが、これは電解液に膜が完全に濡れたことを意味する。
【００５４】
実施例５
一般的なブローイング工程によって製造された２５μｍの厚さを有する低密度ポリエチレンフィルムを実施例１と同一の方法で１０-5トールに維持した真空チャンバに投入したのち、アルゴンイオン粒子（Ａｒ+）をイオン銃を用いて膜の両側面に照射した。この時、イオンビームのエネルギーは２ｋｅＶ、イオン照射量は１×１０12イオン／ｃｍ2であった。
【００５５】
このようにして得られたフィルムの水に対する接触角を測定した結果、１０°未満を示した。
【００５６】
比較例１
一般的なブローイング工程によって製造された２５μｍの厚さを有する低密度ポリエチレンフィルムに対して実施例５と同一の方法で水に対する接触角を測定した結果、５０°であって疎水性の物性を示した。
【００５７】
比較例２
乾式法で製造されたポリエチレンの微細多孔質膜
乾式法で製造されたポリエチレンの微細多孔質膜（米国のヘキストセラニーズ社製）の物性を表１に記載した。
【００５８】
比較例３
乾式法で製造されたポリエチレンの微細多孔質膜の表面改質
乾式法で製造されたポリエチレンの微細多孔質膜（米国のヘキストセラニーズ社製）を１０-5〜１０-6トールに維持した真空チャンバに投入したのち、反応性ガスとして酸素を注入しながら同時に水素イオン粒子（Ｈ2 +）をイオン銃を用いて膜の両側面に照射した。この時の水素イオンビームエネルギーは０．９ｋｅＶであり、イオン照射量は１０16イオン／ｃｍ2であり、酸素ガス注入量は４ｍｌ／分であった。
【００５９】
表面改質された微細多孔質膜の物性を表１に記載した。
【００６０】
実施例６
乾式法で製造されたポリエチレンの微細多孔質膜の表面改質
一般的な乾式法で製造されたポリエチレンの微細多孔質膜（米国のヘキストセラニーズ社製）を１０-5〜１０-6トールに維持した真空チャンバに投入したのち、水素イオン粒子（Ｈ2 +）をイオン銃を用いて膜の両側面に照射して膜の両側面にフリーラジカルを形成させた。この時のイオンビームエネルギーは１ｋｅＶであり、イオン照射量は１０16イオン／ｃｍ2であった。
【００６１】
イオンビーム照射後、直ちに反応性ガス注入器を通じて２００ｍｌ／分の速度で真空チャンバの内部の圧力が大気圧になるまで酸素ガスを注入した。
【００６２】
このように順次に反応性ガスを注入することによって膜表面に酸素原子を含む極性基が導入された。改質された微細多孔質膜の物性を表１に記載した。
【００６３】
比較例４
湿式法で製造されたポリエチレンの微細多孔質膜
一般的な湿式法で製造されたポリエチレンの微細多孔質膜（日本のトウネン社製）の物性を表１に記載した。
【００６４】
実施例７
湿式法で製造されたポリエチレンの微細多孔質膜の表面改質
一般的な湿式法で製造されたポリエチレンの微細多孔質膜（日本のトウネン社製）を１０-5〜１０-6トールに維持した真空チャンバに投入したのち、水素イオン粒子（Ｈ2 +）をイオン銃を用いて膜の両側面に照射して膜の両表面にフリーラジカルを形成した。この時のイオンビームエネルギーは０．７ｋｅＶであり、イオン照射量は５×１０15イオン／ｃｍ2であった。
【００６５】
イオンビーム照射後、直ちに反応性ガス注入器を通じて１００ｍｌ／分の速度で真空チャンバの内部の圧力が大気圧になるまで酸素ガスを注入した。
【００６６】
このように順次に反応性ガスを注入することによって膜表面に酸素原子を含む極性基が導入された。改質された微細多孔質膜の物性を表１に記載した。
【００６７】
【表１】
前記表１のように、本発明の高分子膜表面改質方法によって製造された微細多孔質膜は表面処理しない微細多孔質膜と比較して同等の機械的性質を示しながらも水吸収速度が速く、電解液に対する接触角を低くする親水性として高い表面改質の効果を示すことが分かる。
【００６９】
さらに、本発明の表面改質方法は、膜の機械的性質（たとえば、引張り強度）を大きく低下させる他の方法と比べた場合、顕著に良好な膜表面改質を示し、機械特性を低下させることなく親水性を付与する。このことは、従来のイオン粒子照射と同時に反応性ガスを注入して高分子膜の表面を改質する方法による比較例３および比較例４を考察しても、正しい。この方法は製造された微細多孔質膜の水吸収速度を高め、電解液の接触角を低くすることによる表面親水性に効果がある。
【００７０】
本発明の第１方法は、反応性ガスの助けなくして真空条件下でエネルギーを有する粒子を高分子の膜表面に照射して水および電解液を含む全ての種類の溶媒に対して高分子膜の湿潤性（wettability）を向上させることができる。このように処理した高分子膜をリチウム２次電池のセパレーターとして使用する場合、各種電解液に対する湿潤性が優れているため電解液選定時の選択の幅が非常に広くなり組立および性能の向上に大きく寄与する。
【００７１】
また、イオンビーム照射およびそののちの反応性ガス注入によって高分子膜表面を改質する本発明の第２の方法は、高分子膜の機械的性質を低下させずに表面改質ができ、目的とする膜表面改質の特性（親水性または疎水性など）を注入する反応ガスによって得ることができる。
【００７２】
以上、実施例を参照しながら本発明を詳細に説明したので、当業者であれば、特許請求の範囲に記載した本発明の思想と範囲内において、本発明に対する様々な変更・置換ができるであろうことが考えられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 実施例１の水素イオン粒子照射によって表面処理する前のポリエチレン膜表面の走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真である。
【図２】 実施例１の水素イオン粒子照射によって表面処理したのちのポリエチレン膜表面の走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真である。
Claims (16)
- ａ）真空チャンバ内に高分子膜を挿入し、高分子膜の表面を活性化するために高真空下で高分子膜の表面にイオンビームを照射する段階と、
ｂ）前記活性化した表面を含む高分子膜の表面に反応性ガスを吹き込んで、前記高分子膜の表面と前記反応性ガスとを反応させることにより、前記ａ）段階で得られた活性化された表面を有する高分子膜を処理する段階と、を有し、
前記ａ）段階のイオンビーム照射と前記ｂ）段階のガス吹き込みが連続的に行われることを特徴とする高分子膜の表面に親水性を付与するか、または疎水性を増加させる方法。 - 前記ｂ）段階の反応性ガスの注入を、イオン粒子の干渉がない条件下で実施する請求項１記載の高分子膜の表面改質方法。
- 前記ａ）段階のエネルギーを有するイオン粒子を高分子膜の一側面または両側面に照射する請求項１記載の高分子膜の表面改質方法。
- 前記ａ）段階のイオン粒子が、電子、水素、ヘリウム、窒素、酸素、空気、フッ素、ネオン、アルゴン、クリプトン、Ｎ2Ｏおよびこれらの混合物からなる群から選択された１種以上の粒子である請求項１記載の高分子膜の表面改質方法。
- 前記ａ）段階の照射量が１０5〜１０20イオン／ｃｍ2である請求項１記載の高分子膜の表面改質方法。
- 前記ａ）段階のイオン粒子のエネルギーの大きさが１０-2〜１０7ｋｅＶである請求項１記載の高分子膜の表面改質方法。
- 前記ａ）段階の高真空が１０-2〜１０-8トールである請求項１記載の高分子膜の表面改質方法。
- 前記ｂ）段階の反応性ガスの注入を、真空チャンバ内の圧力が１０-6〜１０4トールの範囲になるまで行なう請求項１記載の高分子膜の表面改質方法。
- 前記ｂ）段階の反応性ガスの注入速度が０．５〜１０００ｍｌ／分である請求項１記載の高分子膜の表面改質方法。
- 前記ｂ）段階の反応性ガスが、ヘリウム、水素、酸素、窒素、空気、アンモニア、一酸化炭素、二酸化炭素、四フッ化炭素、メタン、Ｎ2Ｏまたはこれらの混合ガスからなる群より選択された１種以上のガスである請求項１記載の高分子膜の表面改質方法。
- 前記ａ）段階の高分子膜の材質が、ポリプロピレン、高密度ポリエチレン、低密度ポリエチレンまたは鎖状低密度ポリエチレンからなるポリオレフィン群から選択された請求項１記載の高分子膜の表面改質方法。
- 前記ａ）段階の高分子膜の材質が、ポリプロピレン、高密度ポリエチレン、低密度ポリエチレンおよび鎖状低密度ポリエチレンからなるポリオレフィン群から選択された１種または２種以上のポリオレフィンの混和物もしくはポリオレフィンの積層体である請求項１記載の高分子膜の表面改質方法。
- 請求項１記載の方法によって表面改質された高分子膜を使用する電池用セパレーター。
- 前記電池がリチウムイオン２次電池またはアルカリ２次電池である請求項１３記載の電池用セパレーター。
- 前記高分子膜が、低温または高温延伸によって気孔を形成する乾式法、または低分子量物質を抽出して気孔を形成する湿式法によって製造される微細多孔質のフィルムである請求項１記載の高分子膜の表面改質方法。
- ａ）真空チャンバ内に高分子を挿入し、高分子の表面を活性化するために高真空下で高分子の表面にイオンビームを照射する段階と、
ｂ）前記活性化した表面を含む高分子の表面に反応性ガスを吹き込んで、前記高分子の表面と前記反応性ガスとを反応させることにより、前記ａ）段階で得られた活性化された表面を有する高分子を処理する段階と、を有し、
前記ａ）段階のイオンビーム照射と前記ｂ）段階のガス吹き込みが連続的に行われることを特徴とする高分子の表面に親水性を付与するか、または疎水性を増加させる方法。
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