JP4618831B2 - 親水性ポリオレフィン - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、親水性ポリオレフィン材に関し、特に、界面活性剤とEVOHの混合物でコートされた疎水性ポリオレフィン材に関する。
【0002】
【従来の技術】
親水性とは、液体で「湿潤」させる能力を指す。「湿潤」するとは、液体(例えば、水溶液)が別の材料内により簡単に浸透し、またはその表面全体に拡散する能力を指す。一般に、ポリオレフィンは、疎水性であると考えられている。疎水性は、液体で「湿潤」させることができないことを指す。
一般に、ポリオレフィンの親水性を高める多くの方法は、界面活性剤(表面活性剤または湿潤剤)によるコーティングする方法、ポリオレフィンとは異なる(より良好な)表面活性の性質を持つポリマーよるコーティングする方法、表面活性化方法(例、プラズマ処理)、表面積を増加させる表面粗化方法(例、表面を泡状にする)、ポリオレフィンと異なる(より良好な)表面活性性質を持つポリオレフィンの他のポリマーとの混合方法である。
【0003】
上述の例が、次の日本国特開平2−133608号(1990年5月22日公開)、特開平2−133607号(1990年5月22日)、特開平3−55755号(1991年3月11日)、特開平4−346825号(1992年12月2日)、特開平5−106112号(1993年4月17日)、及び、ヨーロッパ特許公報第498,414 A2号(1992年8月12日)、第634,802 A1号(1995年1月18日)、第203,459 A2号(1986年12月3日)に開示されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
前記方法によっては、ポリオレフィンの親水性は、経時的に分解する可能性がある。従って、永久的な親水性ポリオレフィンに対する必要性がある。
【0005】
【課題を解決する手段】
本発明は、界面活性剤とエチレンビニルアルコール(EVOH)の混合物を含むコーティングを有するポリオレフィン材を含んでなる親水性ポリオレフィン材に関する。
ポリオレフィンは、単純なオレフィン由来する熱可塑性ポリマーの一分類またはグループである。一般に、ポリオレフィンには、ポリエチレン、ポリブチレン、ポリメチルペンテンとそれらのコポリマーを含む。一般に、ポリオレフィン材は、繊維とフィルムのみならず、微孔性フィルムや微孔性中空繊維も含む。微孔性とは、有効直径が1ミクロン以下の多数の孔を有することを意味する。疎水性ポリオレフィンは、ポリエチレンの表面エネルギーと同等かそれ以下の表面エネルギーを有するポリオレフィンを指す。
【0006】
ポリオレフィン材は、コーティングによって親水性になる。コーティング剤は、界面活性剤とエチレンビニールアルコール(EVOH)コポリマーを含有するものである。コーティング成分は、界面活性剤とEVOHの混合物として塗布するのが好ましいが、これらのコーティング成分を順に塗布してもよい。例えば、最初に界面活性剤を塗布し、次にEVOHを塗布する。コーティング剤は、ポリオレフィン材の重量に基づいて、平均して10〜25重量%の範囲でポリオレフィン材に塗布するのが好ましい。また、EVOHの上への界面活性剤の塗布は、ポリオレフィン材へのEVOHの付着を促進し、それによって、コーティングの永久性を高めると考えられている。
【0007】
このコーティング剤は、溶液として表面に塗布するのが好ましい。この溶液は、アルコール又は水もしくはその両方(好ましくは、プロパノール:水が60:40となる)、0.9重量%以下の界面活性剤と1.5〜3重量%のEVOHとからなりうる。界面活性剤がぬれを起こさないように、界面活性剤の量は平均化される。ここに使用される界面活性剤が0.9重量%以下のものであり、好ましい範囲は、0.7から0.9重量%の間とすべきである。EVOHの量は、表面に一定の湿潤を保ちながら、孔の詰まりを起こさないように選択される。1.5%以下では、湿潤が不安定になり、3.0%以上では、孔の詰まりが起き易くなる。その好ましい範囲は、2.0重量%〜3.0重量%までとすべきである。
【0008】
任意の適する塗布法で塗布した後に、例えば、強制熱風乾燥を含む乾燥法によって、アルコールや水の成分を除去し、それによってポリオレフィン材の使用準備が整う。
界面活性剤は、ポリオレフィンの表面エネルギーを48ダイン/cmに上昇させることができるものであればどれでもよい。それらには、ポリエチレングリコールジオレート、ノニルフェノキシポリ(エチレンオキシ)エタノール、トリエチレングリコールジビニールエーテルとそれらの混合剤があるが、それらに限定しない。ポリエチレングリコールジオレートは、PPG Industries, Inc. (Gurnee, IL)からMAPEG D0 400として入手できる。トリエチレングリコールジビニールエーテルは、ISP Technologies Inc. (Wayne, NJ)からラピッドキュア(Rapidcure) DVE-3として入手できる。ノニルフェノキシポリ(エチレンオキシ)エタノールは、Rhone-Poulenc Surfactants and Sepcialties, Inc. (Cranberry, NJ)からIgepal CO 660として入手できる。
【0009】
EVOHは、市販から入手できる任意のEVOHコポリマーでもよい。好ましいEVOHは、約38モル%のエチレンモノマーを含有するものである。適切なEVOHコポリマーには、大阪の日本合成のSoarnol K38385NとEVAL Company (Lisle, IL、米国)のEVAL F104を含む。
前記の親水性ポリオレフィン材は、例えば、空気濾過、空気清浄、水濾過、水清浄、水浄化、医療装置、分離装置、半導体製造、電池セルセパレーター(特に、水性電解質を有する電池)、限外濾過装置(ultrafiltration equipment)など、親水性ポリオレフィンが必要とされるまたは望ましい応用分野に使用されうる。
【0010】
電池セパレーターに関しては、本コーティング剤は、微孔性ポリオレフィン膜の一方または、好ましくは両方の表面に塗布する。この様な膜は、ノースカロライナ州シャーロットのCELGARD LLC社、東京の東燃(株)、東京の旭化成工業(株)、大阪の日東電工(株)、東京の宇部興産(株)から購入できる。このコートしたセパレーターは、水性アルカリ二次電池に適している。このような電池には、水素化ニッケル金属(NiMH)、ニッケルカドミウム(NiCd)、亜鉛空気電池を含むが、これらに限定はされない。このような用途において、好ましくは、セパレーター表面の約50〜90%(最も好ましいのは、60〜80%)がコートされる。部分コーティングは、気体透過性を促進するので好ましい。それは、アルカリ二次電池の再充電中に、気体が電極表面に形成されるが、これらの気体は、セパレーターを透過し、再結合できなければならない。
【0011】
分離、濾過、洗浄、浄化装置に関しては、コーティング材の使用によって、より高い磁束率が得られるので、特に、微孔性ポリオレフィンの中空繊維あるいはフラットシート膜が使用される。適切な中空繊維と膜コンタクター(例えば、LIQUI-CEL(R)社のコンタクター)は、ノースカロライナ州シャーロットのCELGARD LLC社から入手できる。
【0012】
以下の実施例は、本発明の態様をさらに詳細に説明するためのもので、本発明をこれらの実施例に制限すべきでない。
Teledyne Gurleyの4120または4150型のGurley Densometerを使って測定されるGurley値は、12.2インチの水の定圧において膜の1平方インチあたり空気10ccを通過させるのに必要な時間(秒単位)である〔参考 ASTM D726(B)〕。
電気抵抗(または抵抗率)は次の通りに測定される。それは、2401型のR.A.I.ACミリオーム抵抗メーターとR.A.I.テストセル電極(RAI Research Crop., Hauppauge, NY)を使用する。31重量%のKOH溶液を使用して、サンプルを湿潤させる。検査時には、サンプルを乾燥させてはならない。その結果は、ミリオーム−平方インチで報告される。
【0013】
【実施例】
[実施例1]
Soarnol K3835N樹脂2gを60:40の2−プロパノール/水(即ち、2−プロパノール60mL、脱イオン水40mL)に添加して、コーティング剤溶液を調製した。EVOHを70℃で攪拌しながら溶解させた。MAPEG D0400を添加して10分間攪拌した。
【0014】
[実施例2]
微孔性ポリプロピレン膜(CELGARD(R) 2500、2402、2400と2456)の円形サンプル(直径55mm)を溶液(実施例1と同様)に40〜50℃で約10分間、攪拌しながら浸漬した。溶液から取り出した後、試料から過剰の溶液をペーパータオルで除去した。試料を熱風オーブン(50℃)で30分間乾燥させた。
【0015】
[実施例3]
コートしたサンプルを下記表1に述べる通りにテストした。
【表1】
Figure 0004618831
【0016】
[実施例4]
3%のSoarnol K3835Nと0.7%のMapeg D0400のコーティング剤で微孔性ポリプロピレン膜(CELGARD(R) 2502)をパターンコートした。滴間距離を1.5インチにして、20マイクロリットルのコーティング溶液を滴下してパターンを形成した。そのコート膜を風乾し、次いで、熱風オーブン(50℃)で30分間乾燥した。乾燥したコートフィルムは、46ミリオーム/平方インチの電気抵抗(ER)(親水領域を通過するイオン伝導による)と12cc/psi/分の気流(疎水領域を通過する気流による)を得た。
【0017】
[実施例5]
表面エネルギー値を48ダイン/cm(Pillar Technologies, Inc. (Hartland, WI)のDyneテスト溶液キットにより測定した)に上昇させることにより、親水性を改善するために、トリエチレングリコールジビニールエーテルに重合して、ポリプロピレンフィルムの表面エネルギーを変更した。次に、変更したフィルムを1.5%EVOHの60/40の2−プロパノール/水溶液(EVAL F104)でコートした後に熱風オーブン(50℃)で30分間乾燥した。最終的なフィルムは、即座に水によって湿潤された。
【0018】
[実施例6]
0.7%のポリエチレングリコールジオレート溶液(Mapeg D0 400)でフィルム表面をコートすることにより、ポリプロピレンフィルムの表面エネルギーを48ダイン/cm(Dyneテスト溶液キットで測定した)に変更した。次に変更したフィルムを60/40の2−プロパノール/水に30分間浸漬し、50℃の熱風乾燥オーブンで30分間乾燥した。最終的なフィルムは湿潤性があった。
【0019】
[実施例7]
ポリプロピレン中空繊維膜(CELGARD LLC(Charlotte, NC)からのHF X20-305)を0.7%のポリプロピレングリコールジオレートと2%のSoarnol K3835Nの混合溶液(実施例1と同様)に2分間浸漬した。次に、繊維を熱風オーブン(50℃)で30分間乾燥した。最終的な繊維は湿潤性があった。
【0020】
[実施例8]
ある量の0.9%のノニルフェノキシポリ(エチレンオキシ)エタノール(Igepal C0 660)を2%のSoarnol K3835N溶液に添加し、その混合溶液を使って、ポリプロピレン対照をコートした。
実施例5〜8の結果を表2〜5に示した。
【0021】
【表2】
Figure 0004618831
【0022】
【表3】
Figure 0004618831
【0023】
【表4】
Figure 0004618831
【0024】
【表5】
Figure 0004618831
【0025】
[実施例9]
実施例1で述べた通りにコートしたサンプルを31%のKOH(水酸化カリウム)溶液に室温で3ヶ月間浸漬した。2週間毎にフィルムを取り出し、熱風オーブン(50℃)で2時間乾燥し、KOH溶液に再度浸す度に、直ちに同じ操作を繰り返す。
【0026】
[実施例10]
60:40のプロパノール/水中に、3%のSoarnol K3835Nと0.7%のMAPEG D0 400の溶液を調製した。3psiの圧力で20分間において、X20-240 CELGARD(R)の中空繊維を有するLIQUI-CEL(R)の膜コンタクター(管腔側表面積約1.12m2)の管腔側から前記溶液をポンプでくみ入れた。コンタクターを熱風オーブン(50℃)内で12時間乾燥した。(実機では、乾燥時間は、5分まで短縮できる。)このコンタクターは高度親水性であった。様々な圧力における水流(シェル側から)を表6に記載する。
【0027】
【表6】
Figure 0004618831
【0028】
次いで、このコンタクターを24時間乾燥し、室温で3週間放置した。このコンタクターは依然高い親水性を保っていた。同様に様々な圧力における水流(シェル側からの)を表7に記載する。
【表7】
Figure 0004618831
【0029】
ここに記載した技術内容に照らして、本発明の多くの変形がいわゆる当業者にとって実施可能である。そのため、本発明の特許請求の範囲内では、ここで詳細に説明した実施態様に限定されないことが明らかである。

Claims (13)

  1. 界面活性剤とエチレンビニルアルコールコポリマーを含有する部分コーティングを有する微孔性ポリオレフィン膜を含む電池セパレーター
  2. 前記ポリオレフィンが、ポリエチレンの表面エネルギーと同等またはそれ以下の表面エネルギーを有することを特徴とする請求項1に記載のセパレーター。
  3. 前記ポリオレフィンが、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブチレン、ポリメチルペンテンおよびそれらのコポリマーから成る群から選択される請求項1に記載のセパレーター。
  4. 前記界面活性剤が、ポリオレフィンの表面エネルギーを48ダイン/cmまで上昇させることを特徴とする請求項1に記載のセパレーター
  5. 前記界面活性剤が、ポリエチレングリコールジオレート、ノニルフェノキシポリ(エチレンオキシ)エタノール、トリエチレングリコールジビニルエーテルとそれらの組合せから成る群から選択されることを特徴とする請求項1に記載のセパレーター
  6. 前記コーティングが、前記の10〜18重量%を含んでなることを特徴とする請求項1に記載のセパレーター
  7. 前記部分コーティングが、前記膜の表面の50〜90%をコートすることを特徴とする請求項1に記載のセパレーター
  8. 陰極と陽極と電解質と請求項1に記載のセパレーターとを含んでなる電池。
  9. 親水性ポリオレフィン電池セパレーターであって、
    ポリエチレンの表面エネルギーと同等またはそれ以下の表面エネルギーを有する微孔性ポリオレフィン膜、および
    前記膜の部分コーティングであって、前記コーティングは前記膜の10〜18重量%を含み、エチレンビニルアルコールコポリマー、および、前記膜の表面エネルギーを48ダイン/cmまで上昇させる界面活性剤を含む部分コーティング、
    を含むセパレーター。
  10. 前記界面活性剤が、ポリエチレングリコールジオレート、ノニルフェノキシポリ(エチレンオキシ)エタノール、トリエチレングリコールジビニルエーテルとそれらの組合せから成る群から選択されることを特徴とする請求項9に記載のセパレーター
  11. 前記ポリオレフィンが、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブチレン、ポリメチルペンテンおよびそれらのコポリマーから成る群から選択される請求項9に記載のセパレーター。
  12. 前記ポリオレフィンが、ポリプロピレンとそれらのコポリマーである、請求項11に記載のセパレーター。
  13. 陰極と陽極と電解質と請求項9に記載のセパレーターとを含んでなる電池。
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