JP5164296B2 - ポリオレフィン系多孔質膜及びその製造方法 - Google Patents
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Description
前者の製造方法としては、例えば特許文献1に記載の方法が挙げられる。特許文献1では、ポリエチレンに可塑剤(DOP)及び珪酸微粒子を加えて溶融混錬し、押し出した後に抽出槽で可塑剤及び珪酸微粒子を抽出して多孔質化する3成分よりなる湿式膜について、複屈折率を1.0×10−3以上とすることで機械的強度(引張強度、引張弾性率)を改良する製造技術が開示されている。
一方、後者の製造方法としては、例えば特許文献2〜5に記載の方法が挙げられる。特許文献2では、ポリエチレン多孔質膜の製造方法が開示され、これによれば、孔を設ける前の原反(以下、「無孔原反」ともいう。)をMDに冷延伸した後、MDに熱延伸する基礎技術が開示されている。特許文献3では、サーキュラーダイを用いたインフレーション成形法においてブローアップ比と諸物性の関係が開示されている。特許文献4では、機械的強度を改良する目的で、エチレン・プロピレン(EPR)、エチレン・プロピレン・ジエンゴム(EPDM)を10質量%未満添加する技術が開示されている。特許文献5には、ポリプロピレン(PP)とポリエチレン(PE)からなる3層(PP/PE/PP)に積層された積層多孔質膜が開示され、延伸前のポリエチレンの無孔原反の複屈折を、2×10−2〜4×10−2の範囲にすることや、得られた積層多孔質膜の細表面積を含む諸物性も開示されている。特許文献6では、MD熱延伸により生じた膜幅減少を復元する技術として、多孔質膜を3層(PP/PE/PP)の積層多孔質膜とすることや、多孔質膜の材料としてアイソタチックポリプロピレンとランダムポリプロピレンとの組成物を使用することが開示されている。特許文献7には、乾式法を用いた二軸延伸多孔質膜の製造方法として、公知の縦一軸延伸で得た多孔質膜を熱間で縦方向に緩和しながら横延伸する技術が開示されている。
また、乾式法において、膜の生産性を高めるためにMD延伸を高速化した場合などには、十分な透気性を有するポリオレフィン系多孔質膜が得られないという問題もある。
そして、その際の延伸温度を一般的な延伸温度よりも低く設定すると、収縮が少なく寸法安定性の向上した多孔質膜が得られるという、技術常識に照らすと意外な事実が判明した。
更に、上記のようなTD延伸工程の後に、TD延伸温度よりも高い温度で熱固定を行うと、従来にない高透気性と寸法安定性を有する多孔質膜が得られることを見出し、本発明を完成するに至った。
(A)工程:ポリオレフィン系樹脂組成物から無孔原反を成形する原反成形工程;
(B)工程:(A)工程で得られた無孔原反を、前記原反の押出方向(MD)に−20℃〜(Tm−30)℃(Tmは無孔原反の融点(℃))で冷延伸して多孔質化するMD冷延伸工程;
(D)工程:(B)工程を経た膜を、MDと直交する方向(TD)に冷延伸するTD冷延伸工程;及び
(H)工程:熱固定工程
を以上の順で含み、
(D)工程における延伸温度T 1 (℃)及び(H)工程における熱固定温度T2(℃)が、下記式(1)及び(2)を満足する、ポリオレフィン系多孔質膜の製造方法。
T2>T1 ≧(Tg+20) (1)
(Tm−3)≧T2≧(Tm−40) (2)
(式中、Tmは無孔原反の融点(℃)を示す。)
ポリオレフィン系樹脂組成物からなるポリオレフィン系多孔質膜であって、細孔表面積が35.0〜42.0m2/gであり、且つ複屈折率が2.0×10−2〜4.0×10−2であるポリオレフィン系多孔質膜。
以下の(A)及び(B)の各工程を含み、(A)工程で得られた無孔原反の複屈折率が3.0×10-2以上であり、得られたポリオレフィン系多孔質膜の細孔表面積が42.0m 2/g以下である、ポリオレフィン系多孔質膜の製造方法:
(A)工程:ポリオレフィン系樹脂組成物から無孔原反を成形する原反成形工程、
(B)工程:(A)工程で得られた無孔原反を、前記原反の押出方向(MD)に−20℃〜(Tm−30)℃(Tmは無孔原反の融点(℃))で冷延伸して多孔質化するMD冷延伸工程。
本発明の第3の態様によれば、透気性及び寸法安定性に優れたポリオレフィン系多孔質膜を、高い生産性で製造することができる。
本実施形態において、ポリオレフィン系樹脂組成物とは、ポリオレフィン系樹脂それ自体又はポリオレフィン系樹脂を含む組成物をいい、ポリオレフィン系樹脂組成物中の樹脂の総量に対するポリオレフィン系樹脂の占める割合は50質量%以上であることが好ましく、より好ましくは80質量%以上であることが好ましく、なお好ましくは90質量%以上、さらに好ましくは95質量%以上である。
また、ポリオレフィン系樹脂とは、オリレフィン炭化水素を単量体成分として含む重合体をいう。ここで、ポリオレフィン系樹脂には、オレフィン炭化水素のみからなる重合体に加え、オレフィン炭化水素とオレフィン炭化水素以外の単量体との共重合体も含まれるが、その場合、オレフィン炭化水素ユニットの共重合割合は90質量%以上であることが好ましく、より好ましくは95質量%以上、さらに好ましくは99質量%以上である。
コポリマーポリエチレンとしては、エチレン成分以外のオレフィン系のコモノマー成分として、例えばプロピレン、1−ブテン、1−ヘキセン、4−メチル−1−ペンテン、1−オクテン又は1−デセンなどが挙げられ、エチレン成分以外のコモノマー成分の含有量は、10モル%以下であることが好ましく、延伸開孔に最適な結晶化度を得るため、より好ましくは5モル%以下であり、更に好ましくは2モル%以下である。また、その構造はブロック又はランダム共重合体のいずれであってもよい。
そして、無孔原反の複屈折率を左右する因子として、成形条件に加え、これを構成するポリオレフィン系樹脂組成物に含まれるポリエチレンの重量平均分子量及び分子量分布が挙げられる。ここで、重量平均分子量の好ましい範囲は10万以上、より好ましくは15万以上、なお好ましくは18万以上、更に好ましくは20万以上である。これによって高配向の無孔原反が得られ、結果的に多孔質膜の複屈折率も特定の範囲のものとすることができ、その結果、小孔径の緻密な孔構造が形成され、多孔質膜の耐電圧と機械的強度(例えば、突刺強度)が高まる。
なお、重量平均分子量の上限としては、押出成形性の観点より、好ましくは40万以下、より好ましくは30万以下、更に好ましくは25万以下である。
また、本実施形態において、分子量分布に特に限定はなく、例えば、3〜50程度の範囲であってもよいが、分子量分布を大きくすることにより、多孔質膜の複屈折率をより一層高めることができることから、分子量分布は好ましくは8以上、より好ましくは10以上、更に好ましくは13以上である。
なお、本明細書において、重量平均分子量(Mw)及び数平均分子量(Mn)は、ポリスチレンを標準物質としたGPC(ゲルパーミエーションクロマトグラフィー)法によって得られる値である。
ポリプロピレンの重量平均分子量(Mw)は、TD冷延伸性、機械的強度や成形性などを勘案し、好ましくは30万〜100万、より好ましくは40万〜90万、更に好ましくは50万〜80万である。さらに、重量平均分子量(Mw)と数平均分子量(Mn)とにより求められる分子量分布(Mw/Mn)は特に制限されず、例えば、3〜50であってもよい。
他のポリオレフィン系樹脂としては、例えば、ポリ−1−ブテン、ポリ−4−メチル−1−ペンテン、エチレン−αポリオレフィン共重合体等が挙げられる。
また、前記高密度ポリエチレンを主成分とした場合には、低密度ポリエチレン、ポリプロピレン等が挙げられる。アイソタチックホモポリプロピレンを主成分とした場合には、高密度ポリエチレン、低密度ポリエチレン、エチレンなどのコモノマー成分を含むランダム/ブロックポリプロピレン等が挙げられる。
また、各種エラストマー類としては、例えば、SEBSやSEPSなどのスチレン系エラストマー等の他、エチレン−αポリオレフィン共重合エラストマーが挙げられる。
これらの他のポリオレフィン樹脂や改質材は、1種を単独で又は2種以上をブレンドして用いられる。この場合、各樹脂のブレンド量は、透気性などの必要物性を阻害しない範囲で、目的にあったブレンド量とすればよい。
また、前記以外に酸化防止剤、光安定剤、滑剤、帯電防止剤等の公知の添加剤も使用可能であり、電気的特性や機械的特性などの必要物性を阻害しない範囲で、目的にあった添加量とすればよい。
本実施形態において、ポリオレフィン系多孔質膜は、乾式法により製造することができる。以下、乾式法を用いた製造方法について説明する。
本実施形態において、乾式法による製造方法は、(A)無孔原反を成形する原反成形工程、(B)無孔原反をMDに冷延伸するMD冷延伸工程を含む。
これらの工程に加えて、(F)無孔原反をアニールするアニール処理工程、(C)膜をMDに熱延伸するMD熱延伸工程、(G)膜をMDに熱固定するMD熱固定工程、(D)膜をTDに冷延伸するTD冷延伸工程、(H)TD冷延伸工程を経た膜を熱固定する熱固定工程からなる群より選ばれる1種以上の工程を有してもよい。
さらに、本実施形態においては、(I)膜に表面処理を施す表面処理工程や、(J)多孔質膜の上に耐熱層等の他の層を塗工する塗工工程を有してもよい。
なお、MDとは(A)原反成形工程において原反が押出されたときの押出方向をいい、TDとはMDと直交する方向をいう。
ポリオレフィン系樹脂組成物を成形する方法に限定はないが、例えば、ポリオレフィン樹脂組成物を単軸又は二軸押出機等にて溶融混錬し、Tダイ又はサーキュラーダイ等により、溶融状態のフィルムを押し出し、キャストロール又は引き取りロール等で引き取ることにより原反に成形することができる。この際、溶融段階の樹脂組成物をエアナイフやエアリング装置等を用い、急冷固化することが望ましい。これによって、孔形成に重要なラメラ晶を規則的に且つ緻密に配列することができる。
また、ドラフト比を50〜600倍、好ましくは150〜600倍、の範囲に設定すると、得られる無孔原反の複屈折率を後述する好ましい範囲にすることができ、これにより延伸開孔された多孔質膜の複屈折率を2.0×10−2〜4.0×10−2の範囲にすることができる。但し、ドラフト比と複屈折率の関係は、樹脂組成物に含まれる樹脂の種類、Tダイから流出する時の伸張粘度等の影響を受けるので、上述のドラフト比は一つの目安に過ぎず、最終的には、得られた無効原反の複屈折率を測定しながら繰り返し実験を行う等をした上で、ドラフト比を最適化することが好ましい。
本実施形態において、複屈折率とは、波長590nmの波長の光に対するMDの屈折率とTDの屈折率の差(MD−TD)をいう。
複屈折率は、物体の異方性を示す一つの指標であり、結晶性樹脂の場合、その複屈折率は、結晶相における結晶構造(ラメラ晶)に由来した固有の複屈折率と、非晶相における分子の配向に由来した複屈折率との二つの総和となる。本実施形態における無孔原反の複屈折率にも双方の複屈折率の影響を受け、結晶相ではドラフト比の増加に伴い、ラメラ晶の配列が無秩序なものから規則性を増すことで、複屈折率の値はその結晶構造(ラメラ晶)が有する固有の値に近づく。また、非晶相ではドラフト比の増加に伴い、MDの分子配向が増すことで、複屈折率の値はその配向に比例し、大きくなるが、配向が高くなり過ぎると破断に及ぶ。このため、前記の複屈折率の範囲は、破断に至らぬよう4.5×10−2以下程度にすることが好ましい。
ガラス転移温度Tg:各層を構成するポリオレフィン系樹脂組成物を用いて単層のものを作製してTgを測定したときの、最も高い値。
融点Tm::各層を構成するポリオレフィン系樹脂組成物を用いて単層のものを作製してTmを測定したときの、最も低い値。
本実施形態においては、無孔原反をMD冷延伸する工程((B)工程)の前にアニール処理を行うことが好ましい。アニール処理工程において無孔原反にアニール処理を施すことにより、無孔原反の結晶化度を高めることができ、より透気性、電気抵抗に優れた多孔質膜を得ることができる。また、アニール処理の温度を高めると、無孔原反の結晶化度を高めることができ、透気性、電気抵抗に優れた多孔質膜が得られることから、アニール処理は高温で行うことが好ましいが、過度の熱処理は樹脂の融解を招き、トラブルの原因になる。したがって、アニール処理の温度範囲は、好ましくは(Tm−3℃)〜(Tm−30℃)であり、より好ましくは(Tm−5℃)〜(Tm−20℃)である。Tmは、アニール処理前の無孔原反の融点(℃)を表す。
本実施形態においては、無孔原反(アニール処理を行う場合には、アニール処理工程を経た無孔原反)に対して、MDに冷延伸を施すことにより、クラックを無孔原反に形成させ、多孔質化することができる。この冷延伸には複数のロールを用いることが好ましい。この時の延伸倍率は、好ましくは1.05〜3.0倍、より好ましくは1.1〜2.5倍、更に好ましくは1.2〜2.0倍である。MD冷延伸倍率をこの範囲にすることにより、得られた多孔質膜の複屈折率、細孔表面積、等を適正な範囲内に制御することができ、電気抵抗に対する耐電圧及び機械的強度とのバランスに優れた多孔質膜を得ることができる。また、MD冷延伸倍率をこの範囲にすると、多孔質膜の透気性、外観(ピンホール等)が向上し、延伸の安定性も良好となる。
なお、本実施形態においてMD延伸倍率(倍)は、下記式により求められる。
MD冷延伸倍率(倍)=V2/V1
ここで、上記式中、V1冷延伸前のロール速度(m/分)を示し、V2は冷延伸完了時のロール速度(m/分)を示す。
MD冷延伸速度(%/分)=S1/{2・L1/(V1+V2)}
ここで、S1は延伸倍率(%)=(V2/V1−1)×100を示し、V1は冷延伸前のロール速度(m/分)を示し、V2は冷延伸後のロール速度(m/分)を示し、L1はロール間の延伸距離(m)を示す。
MD冷延伸工程((B)工程)の後、クラックを形成させた冷延伸多孔質膜に対してMDに熱延伸を施すことで、そのクラックのMD方向の孔径を拡大し、固定化することができる。したがって、本実施形態においては、(C)MD熱延伸工程を有することが好ましい。この時の延伸倍率は、好ましくは1.5〜3倍、より好ましくは1.8〜2.8倍、更に好ましくは2.0〜2.6倍である。
MD熱延伸倍率を1.5倍以上にすることにより、透気性を向上することができ、3.0倍以下にすることにより、ピンホール及び破断などの発生を更に抑制することができる。
なお、本実施形態において、MD熱延伸倍率(倍)は、下記式により求められる。
MD熱延伸倍率(倍)=V4/V3
ここで、上記式中、V3は熱延伸前のロール速度(m/分)を示し、V4は熱延伸完了時のロール速度(m/分)を示す。
なお、本実施形態の熱延伸速度(m/%)は、下記式より求められる。
MD熱延伸速度(%/分)=S2/{2・L2/(V3+V4)}
ここで、S2はMD熱延伸倍率(%)=(V4/V3−1)×100を示し、V3は熱延伸前のロール速度(m/分)を示し、V4は熱延伸後のロール速度(m/分)を示し、L2はロール間の延伸距離(m)を示す。
本実施形態においては、MDの熱収縮や、後述の(D)TD冷延伸工程を取り入れた場合、テンター内で発生するボーイング現象(延伸時に起こる歪み)を低減するなどの目的で、MD熱延伸工程における延伸温度以上の温度で、MD熱延伸工程を経た膜に対して、実質的に延伸することなく、加熱処理を行い熱固定を施すMD熱固定工程を有することが望ましい。このMD熱固定工程において、複数のロールを用いて、その間に速度差を設け、シワ等の外観不良が発生しない範囲で膜をMDに緩和(収縮)させることも、多孔質膜のMDへの熱収縮を抑制する観点から効果的である。
本実施形態においては、さらにTD冷延伸工程を含むことが好ましい。特に、(C)MD熱延伸工程を経た膜に対して、テンター等の延伸設備を用いてTDに延伸を施す。具体的には、上述の各工程(A)、(F)、(B)、(C)、(G)を経た膜に対して、TDのみを冷延伸する。TDに延伸することで、均一なTD延伸ができると共に、膜のTDの孔径が拡大し、縦(MD)一軸延伸により得られる多孔質膜よりも平均孔径を大きくすることが可能となる。その結果、優れた透気性、電気抵抗を多孔質膜に付与することができると共に、同じ透気性を有する縦一軸延伸膜と比較して、突刺強度に優れる膜が得られ、かつ生産性の点でも増速化が図られるので好ましい。
実施にあたっては例えば一軸テンター設備などを使用し、TDに延伸を行う。
また、その延伸倍率を上記の範囲にすることにより、得られた多孔膜の複屈折率、細孔表面積等を適正な範囲内に制御することができ、電気抵抗と耐電圧及び機械的強度とのバランスに優れた多孔質膜を得ることができる。
また、無孔原反を得るにあたって、高ドラフト比で高度に配向した膜を融点温度近傍でTD延伸を行った場合、樹脂中のTD方向への分子鎖のネットワークが乏しく、局所的な流動によって延伸ムラや破断などの問題を引き起こす原因となる。したがって、このような観点からは、TD延伸を均一かつ安定的に行うためには、TD方向への分子ネットワークがTD延伸時に発生する応力に対して十分耐えられるような条件下で実施することが重要である。前述したTD冷延伸の好ましい温度範囲においては、ポリオレフィン系樹脂は延伸による変形が可能なゴム状態であり、かつ延伸時に発生する応力にも十分耐えられるだけの分子鎖の絡み合い密度を有するので、これによってTDへの延伸を均一、かつ安定的に行うことができる。
また、ポリプロピレンを主体としたポリオレフィン系多孔質膜の場合は、前述したとおり、分子のネットワークが密となる温度、すなわち本発明のTD冷延伸温度の範囲で本工程を実施することにより、TD延伸ムラが抑制され、従来技術よりも均一性の高い二軸延伸多孔質膜を安定的に製造することが可能となる。
なお、本実施形態におけるTD冷延伸速度(%/分)は、以下の式より求められる。
TD冷延伸速度(%/分)=V3×((W2/W1)−1)×100/L2
ここで、上記式中、W2はTD冷延伸工程にけるTD冷延伸後のTD標線間寸法(単位:m)を示し、W1はTD冷延伸工程におけるTD冷延伸前のTD標線間寸法(単位:m)を示し、V3はテンターライン速度(単位:m/分)を示し、L2はTD冷延伸区間距離(単位m)を示す。
本実施形態においては、TDの熱収縮を抑制するために、好ましくは(D)TD冷延伸工程を経た膜に対して、実質的に延伸することなく、加熱処理を行ってTDを熱固定するための熱固定工程を有することが望ましい。なお、ここでは、実質的にTDだけではなくMDも熱固定されることになる。
また、熱固定温度T2(℃)と、(D)TD冷延伸工程における延伸温度T1(℃)との関係は、好ましくはT2≧T1、より好ましくはT2>T1、なお好ましくはT2≧(T1+1)、更に好ましくはT2≧(T1+5)、とりわけ好ましくはT2≧(T1+20)、最も好ましくはT2≧(T1+50)である。なお、T2の上限について特に限定はないが、T2≦(T1+150)であることが好ましい。
これを横一軸テンター設備内で実施する場合、テンタークリップで把持した状態でTDを熱固定緩和することが可能である。
また、加熱ロールを配置して、そのロール上を通過させることで熱固定を行ってもよい。この場合、ひとつのロールで実施してもよいし、複数のロールを配置し、ロール間の速度差とロール間隔を利用することによって、MDとTDを熱固定緩和することも可能である。更に、大型乾燥炉を用いて熱固定をすることも可能である。
なお、熱固定工程において熱固定緩和を行った場合のTD緩和率は下記式より求められる。
TD緩和率(%)=W3/W2×100
ここで、上記式中、W2はTD冷延伸後のTD標線間寸法(単位:m)を示し、W3は熱固定後のTD標線間寸法(単位:m)を示す。
本実施形態においては、多孔質膜のコーティング剤又は溶媒との親和性などを改良する目的で、コロナ放電処理機、プラズマ処理機、オゾン処理機、火炎処理機などの公知技術を用いて、好ましくは(H)熱固定工程を経た膜に、親水化処理を施すことも可能である。
本実施形態においては、好ましくは前記の親水化処理を施した多孔質膜の少なくとも1表面に塗工を施すこともできる。
例えば、多孔質膜の一表面に無機フィラー(微粒子)とバインダより構成される耐熱多孔質層を設けることができる。この場合、バインダは無機フィラー同士、無機フィラーと多孔質層の表面とを結着する目的で使用される。
また、耐熱多孔質層の形成するにあたっては、公知の技術が用いることができる。例えば特開2011−832号公報に開示され方法により、耐熱多孔質層を形成することができ、これによって得られた耐熱多孔質膜は耐熱性に優れ、二次電池の安全性、信頼性を更に向上させることができる。
(膜幅保持率)
本実施形態において、得られたポリオレフィン系多孔質膜のMD冷延伸前の無孔原反を基準とした膜幅保持率は、好ましくは90〜150%、より好ましくは95〜140%、更に好ましくは100〜130%である。ここで膜幅保持率が90%以上では透気性が良好となり、120%以下では延伸ムラや破膜の問題が起こり難くなる。なお、ここで膜幅保持率は下記式により、求められる。
膜幅保持率(%)=W/W0×100
前記式中、W0はMD冷延伸前の無孔原反のTD標線間寸法(単位:m)を示し、Wは得られたポリオレフィン系多孔質膜のTD標線間寸法(単位:m)を示す。
(厚み)
本実施形態において、ポリオレフィン系多孔質膜の厚さは特に制限はなく、その用途において求められる厚さであればよいが、一般的には、5〜50μm、より好ましくは8〜40μm、更に好ましくは10〜30μmである。
本実施形態において、ポリオレフィン系多孔質膜の透気度は特に制限はないが、諸物性とのバランスを勘案して、膜の厚さが20μm換算(すなわち、実測した透気度×(20/膜の実際の厚さ(μm))で、10〜600sec/100ccであることが好ましく、30〜500sec/100ccであるとより好ましく、50〜500sec/100ccであるとなお好ましく、50〜400sec/100cc更に好ましく、100〜400sec/100ccであるととりわけ好ましい。透気度は下記実施例に記載の方法によって測定される。
本実施形態において、ポリオレフィン系多孔質膜の気孔率は特に制限はないが、諸物性とのバランスを勘案して、気孔率は、40〜80%であることが好ましく、45〜75%であるとより好ましく、50〜70%であると更に好ましい。気孔率は下記実施例に記載の方法によって測定される。
本実施形態において、ポリオレフィン系多孔質膜の電気抵抗は特に制限はないが、耐電圧とのバランスを勘案して、膜の厚さが20μm換算(すなわち、実測した電気抵抗×(20/膜の実際の厚さ(μm))で、1.0Ω・cm2以下であることが好ましく、0.5Ω・cm2以下であることがより好ましく、0.3Ω・cm2以下であることが更に好ましい。電気抵抗は下記実施例に記載した方法によって測定される。
本実施形態において、ポリオレフィン系多孔質膜の電気抵抗は特に制限はないが、電気抵抗とのバランスを勘案して、膜の厚さが20μm換算(すなわち、実測した耐電圧×(20/膜の実際の厚さ(μm))で、1.2kV以上であることが好ましく、より好ましくは1.5kV以上であり、1.8kV以上であってもよい。耐電圧は下記実施例に記載した方法によって測定される。
本実施形態のポリオレフィン系多孔質膜の極大孔径(モード径)は、電気抵抗及び耐電圧に影響を及ぼし、好ましくは0.2〜0.5μm、より好ましくは0.25〜0.45μm、更に好ましくは0.3〜0.4μmである。極大孔径が0.2μm以上では、電気抵抗を小さくすることができ、0.5μm以下では、耐電圧を実用レベルに高めることができる。また、極大孔径は、MD冷延伸倍率、MD熱延伸倍率、TD冷延伸倍率などの延伸条件により、制御することが可能である。尚、極大孔径は下記実施例に記載の方法によって測定される。
本実施形態において、ポリレフィン系多孔質膜の突刺強度は特に制限はなく、その用途で求められるものであればよいが、一般的には、膜の厚さが20μmである場合に換算した値(すなわち、実測した突刺強度×(20/膜の実際の厚さ(μm))が、2.0N以上であれば電池のセパレータとして使用する場合、使用上に問題はないが、2.5N以上であることが好ましく、3.0N以上であると更に好ましい。突刺強度は、下記実施例に記載の方法に準じて測定される。
前述した多孔質膜の製造方法によれば、従来公知技術よりも高い透気性を有するポリオレフィン系多孔質膜が得られる。これによってイオン透過性が向上させることができる。また、一般的な延伸温度より低い温度でTD冷延伸を行った後、TD冷延伸温度よりも高温で熱固定を行う場合には、透過性向上と共に更に優れた寸法安定性の多孔質膜が得られ、例えばエネルギー密度の高いリチウムイオン二次電池のセパレータに用いられた場合には安全性、信頼性も向上する。
本実施形態において、ポリオレフィン系多孔質膜の細孔表面積は、電気抵抗と耐電圧に影響を及ぼす。
ポリオレフィン系多孔質膜の細孔表面積は、42.0m2/g以下であることが好ましく、より好ましくは35.0〜42.0m2/g、更に好ましくは36.0〜41.5m2/g、とりわけ好ましくは37.0〜41.0m2/gである。
細孔表面積が35.0m2/g以上であると、多孔質膜の電気抵抗を小さくすることができる。一方、本実施形態によれば耐電圧の向上したポリオレフィン系多孔質膜が得られるところ、細孔表面積が大きすぎると耐電圧が低下してしまい、本実施形態の利点を充分に生かせないことが判明した。しかし、42.0m2/g以下であれば、耐電圧を実用レベルに高めることができる。
多孔質膜の細孔表面積は、上述した無孔原反の配向、MD延伸倍率、TD延伸倍率などの延伸条件により制御することができる。尚、細孔表面積は下記実施例に記載の方法によって測定される。
本実施形態において、ポリオレフィン系多孔質膜の細孔表面積を前述の範囲にすることに加えて、複屈折率を特定の範囲にすると、電気抵抗と耐電圧及び機械的強度とのバランスに優れた多孔質膜とすることができる。
ポリオレフィン系多孔質膜の複屈折率は、多孔質膜を構成するポリオレフィン系樹脂組成物に含まれるポリマー(ポリオレフィン系樹脂)の種類(配向のしやすさ)、原反成形工程のドラフト比、MD延伸倍率、TD延伸倍率などの条件により制御することができ、好ましくは2.0×10−2〜4.0×10−2、より好ましくは2.3×10−2〜3.5×10−2であり、更に好ましくは2.5×10−2〜3.0×10−2である。複屈折率を2.0×10−2以上にすることで耐電圧及び機械的強度が良好となり、4.0×10−2以下にすることで無孔原反の成形性、縦延伸工程での安定性が良好となる。
(TD延伸ムラ)
本実施形態において、ポリレフィン系多孔質膜の延伸ムラは特に制限はなく、その用途で求められるものであればよいが、一般的には、諸物性膜に影響を与えることから、延伸ムラの指標となる厚み較差が、好ましくは30%以内、より好ましくは20%以内、更に好ましくは10%以内である。TD延伸ムラは、下記実施例に記載の方法に準じて測定される。
なお、上述したパラメータの各測定値については特に断りの無い限り、下記実施例における測定方法と同様にして測定される。
多孔質膜の厚さは、JIS K 7130(1992)A−2法に準拠し、ダイヤルゲージにて測定した。
(ガラス転移温度Tg)
無孔原反(アニール処理前)のガラス転移温度Tgは、粘弾性スペクトロメータ(製品名「EXSTAR DMS6100」、SIIナノテクノロジー社製)を用い、引張モード(昇温速度=2℃/分、周波数=1Hz)にて損失弾性率E”のピークトップ温度を求め、それをガラス転移温度Tg(℃)とした。
(融点Tm)
無孔原反(アニール処理前)の融点を、示差走査熱量計(製品名「EXSTAR6000」、SIIナノテクノロジー社製)を用いて測定した。昇温速度10℃/分で加熱したときの融解ピークのトップ温度を測定して、融点Tm(℃)とした。
(透気度)
多孔質膜についてJIS P―8117に準拠し、ガーレー透気度計(東洋精機社製)を用いて、多孔質膜の透気抵抗度を測定した。この測定値を膜の厚さ20μmに換算して透気度とした。
(極大孔径、細孔表面積)
細孔分布測定装置(製品名「オートポア9520形」、島津製作所社製)を用い、水銀圧入法によって極大孔径(モード径)及び細孔表面積を測定した。
(電気抵抗)
電解液としてプロピレンカーボネートとエチレンカーボネート(容量比:50/50)を混合し、サンプルに十分浸透させた状態で、電極間に交流電圧をかけて電気抵抗を測定した。この測定値を膜の厚さ20μmに換算し、電気抵抗とした。判定は下記の基準に従い、評価した。
1.5Ω・cm2超:×
1.5Ω・cm2以下:△
1.0Ω・cm2以下:○
0.5Ω・cm2以下:◎
(耐電圧)
直径3cmのアルミニウム製電極で多孔質膜を挟み15gの荷重をかけ、これを菊水電子工業製の耐電圧測定機(TOS9201)に繋いで測定を実施した。測定条件は、交流電圧(60Hz)を1.0kV/secの速度でかけていき、短絡したときの電圧値を測定した。この測定値を膜の厚さ20μmに換算し、耐電圧とした。判定は下記の基準に従い、評価した。
1.5kV超:◎
1.5kV以下:○
1.0kV以下:△
0.5kV以下:×
(突刺強度)
カトーテック社製のハンディー圧縮試験機(製品名「KES−G5」)を用い、針先端の曲率半径0.5mm、突刺速度=2mm/secの条件にて、突刺強度を測定した。この測定値を膜の厚さ20μmに換算し、突刺強度とした。判定は下記の基準に従い、評価した。
2.5N超:◎
2.5N以下:○
2.0N以下:△
1.5N以下:×
(複屈折率)
位相差測定器(製品名「KOBRA21−ADH」、王子計測機(株))により、測定波長590nmを用い、測定を行った。尚、多孔質膜を測定する場合は、シリコーンオイル(ジメチルシロキサン)を染み込ませた綿棒により、多孔質膜表面に薄く塗布し、半透明になった状態で測定を行った。
厚さ10μmの2枚のニッケル箔2A、2Bを用意し、ニッケル箔2Bに予め「テフロン」(商標)テープを用い、図1に示すように10mm×10mmの開口部5ができるように貼り合わせる。もう一方のニッケル箔2Aには、電解液として1mol/リットルのホウフッ化リチウム溶液(溶媒:プロピレンカーボネート/エチレンカーボネート/γ−ブチルラクトン=1/1/2)を十分含侵させた多孔質膜1を密着させ、これを図2に示すように多孔質膜1がニッケル箔2Bに設けた開口部5を全て覆うように互いを重ね合わせた後、市販のガラス板3Aと3Bで挟み込んで測定サンプルを作成する。一方、油圧式プレス機13のシリンダー14の下方に直径φ60mmのホットプレート9を配置し、その上に熱伝対7Aと7Bを組み込んだ厚さ8mmの木製板6を載せ、次いで図2に示した測定サンプル、厚さ6mmのシリコンゴム板8の順番で載せ、油圧式プレス機13で1MPaまで加圧する。ニッケル箔2Aと2Bをリード線12Aと12Bにより電気抵抗測定装置(安藤電気製LCRメーター「AG−4311」(商標))に接続し、更に熱伝対7Aと温度計16とを接続し、交流1V、1kHzの条件下で、温度と電気抵抗を測定する。この時、ヒーター10から伸びた配線11と熱伝対7Bを温度コントローラ18に接続し、室温から200℃まで15℃/分の速度で昇温を行う。
昇温過程で、一旦103Ωに達した時の温度(熱伝対7Aで計測される温度)をヒューズ温度とし、その後、電気抵抗値が再び103Ωを下回るときの温度(熱伝対7Aで計測される温度)をショート温度とする。
以下の装置を用い、以下の条件でゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)にて平均分子量(Mw,Mn)及び分子量分布(Mw/Mn)を測定した。
GPC測定装置:HLC−8121GPC/HT (東ソー社製)
カラム:TSKgelGMHHR−H HT×2本
装置温度:全経路155℃
溶離液:オルトジクロロベンゼン(0.05%BHT) 1ml/分
試料量:500μl(0.5mg/ml)
検出器:RI
較正曲線:平均分子量及び分子量分布が既知のポリスチレンを使用して作成した。
(TD延伸ムラ)
触針式連続厚み計((株)山文電気社製、TOF−5R01)を用い、測定ピッチが1mm、5点移動平均の条件にて測定を行った。また、この結果を基に厚み較差を求め、以下の判定基準に従い、TD延伸ムラを評価した。
厚み較差(%)=((厚みの最大値)−(厚みの最小値))/平均厚み×100
◎:20%以下
○:30%以下
△:40%以下
×:40%超
(TD寸法安定性)
予めTD冷延伸前のMD一軸延伸膜において、そのTD方向に1区間の標線を記し、TD冷延伸工程と熱固定工程を経た多孔質膜に対して、速やかに標線間の寸法を計測した後、TD方向への収縮を妨げない状態で30℃の雰囲気温度で24時間放置後、再度、標線間を計測し、膜幅TD方向の寸法変化率を求めた。また、寸法安定性は、以下の基準で評価を行った。
◎:2%以下
○:4%以下
△:6%以下
×:6%超
予め無孔原反について、そのTD方向に1区間の標線を記し、その標線間の寸法W0を計測した。また、その無孔原反を用いて製造した多孔質膜について、再度、標線間の寸法Wを計測し、以下の式に従って、膜幅保持率を求めた。
膜幅保持率(%)=W/W0×100
前記式中、W0は無孔原反のTD標線間寸法(単位:m)を示し、Wは得られたポリオレフィン系多孔質膜(一軸延伸多孔質膜の場合はW1、二軸延伸多孔質膜の場合はW3とする)のTD標線間寸法(単位:m)を示す。
(実施例A1〜8及び比較例A1に用いたポリオレフィン系樹脂)
実施例A1〜8、比較例A1においては、ポリオレフィン系樹脂組成物として、以下のポリエチレンを用いた。
(PE−A1):コポリマーポリエチレン(コモノマー種:プロピレン)、サンテックHD S160S(旭化成ケミカルズ(株)社製)、密度=0.960g/cm3、MI=0.8g/10分、重量平均分子量=14万、分子量分布=5.3。
(PE−A2):コポリマーポリエチレン(コモノマー種:1−ブテン)、ニポロンハード #6300(東ソー(株)社製)、密度=0.962g/cm3、MI=0.25g/10分、重量平均分子量=18万、分子量分布=15.3.
(PE−A3:PE−A1/PE−A2=50質量%/50質量%のブレンド組成物、密度(計算値)=0.961g/cm3、MI=0.43g/10分。
(PE−A4):ホモポリマーポリエチレン、サンテックHD B161(旭化成ケミカルズ(株)社製)、密度=0.963g/cm3、MI=1.3g/10分、重量平均分子量=15万、分子量分布=8.4。
上述のPE−A1のポリエチレンを、単軸押出機(L/D=32)にて溶融混練し、Tダイ(コートハンガータイプ)より押し出し、エアナイフで冷却しながらドラフト比が400倍でキャストロールで引き取り、厚さ20μmの無孔原反を成形後、3インチ紙管に巻き取った((A)工程)。成形条件を表A1に示す。その後、紙管に巻き取った状態で120℃の乾燥機内に3時間静置して、アニール処理((F)工程)を行った。
次に、アニール処理を施した無孔原反を、室温(RT)で1.5倍のMD冷延伸し((B)工程)、次いで120℃で2.5倍のMD熱延伸を行った後((C)工程)、125℃でMD熱固定((G)工程)を連続的に行い、MD総延伸倍率が3.75倍の実施例A1のポリエチレン(以下「PE」と略す)一軸延伸多孔質膜を3インチ紙管に巻き取った。この一軸延伸条件及び各種評価結果を表A2に示す。
コポリマーポリエチレンPE−A2を用い、ドラフト比が300倍で、厚さ26μmの無孔原反を採取し、実施例A1と同様にして実施例A2のPE一軸延伸多孔質膜を採取した。
また、実施例A3及び4は、実施例A2よりも各工程のロール速度(延伸速度)を増速した以外は実施例A1に同じである。これらの一軸延伸条件及び各種評価結果を表A2に示す。
(実施例A5)
PE−A3(ドライブレンド品)を、ダルメージスクリュを備えた単軸押出機にて溶融混練し、160℃のTダイより押し出し、ドラフト比が300倍で、厚さ28μmの無孔原反を採取した。アニール処理条件及びMD延伸条件は実施例A3に同じである。この一軸延伸条件及び各種評価結果を表A2に示す。
ホモポリマーポリエチレンPE−A4を用い、200℃のTダイより押し出し、ドラフト比が300倍、厚さ18μmの無孔原反を採取し、実施例A1と同様にして比較例A1のPE一軸延伸多孔質膜を採取した。この一軸延伸条件及び各種評価結果を表A2に示す。
比較例A1は、表A2に示したとおり、細孔表面積が42m2/gを超え、複屈折率も2.0×10−2よりも低い値を有する。
(実施例A6)
実施例A5で採取した一軸延伸多孔質膜をテンター延伸機((株)市金工業社製)により、温度60℃においてTDに1.14倍に延伸し、125℃の温度で0.9%TDに緩和しながら熱固定を行い、TD総延伸倍率が1.13倍のPE二軸延伸多孔質膜を採取した。このTD延伸条件及び各種評価結果を表A3に示す。
(アクリレート系ラテックスの合成)
特開2011−832号公報の合成例1と同様にして、平均粒子径が90nmである(メタ)アクリル酸エステル単量体、不飽和カルボン酸単量体及び架橋性単量体を原料単位として含むアクリレート系共重合体のラテックス1を調製した。
(塗工液の調合)
次に、無機粒子として焼成カオリン1(カオリナイト(Al2Si2O5(OH)4)を主成分とする湿式カオリンを高温焼成処理したもの、平均粒径1.89μmを88.4質量部と、樹脂製バインダとして前記ラテックス1を11.6質量部とを150質量部の水に均一に分散させて塗工液1を調製した。
実施例A5及び実施例A6で用いたPE縦一軸延伸多孔質膜及びPE二軸延伸多孔質の表面にコロナ放電処理を行い、親水化処理((I)工程)を行った。これらのPE多孔質膜にマイクログラビアコーターを用いて塗工液1を塗工し、60℃の温度で乾燥を行い、PE多孔質膜の表面に7μmの耐熱多孔質層(耐熱多孔層中のバインダ比率5.0%)を形成した耐熱多孔膜として実施例A7及び実施例A8を得た。これらの諸物性評価結果を表4に示す。
また、表4Aの結果より、無機フィラーを用いた耐熱多孔層を備えた耐熱多孔質膜では、ヒューズ・ショート試験において、146℃で孔が閉塞(ヒューズ)後、200℃以上の高温でもヒューズ状態を維持し、耐熱性に優れていた。
実施例B1〜6、比較例B1〜3においては、ポリオレフィン樹脂組成物として、以下のポリエチレンを用いた。
(PE−B1):サンテックHD S160S(旭化成ケミカルズ(株)社製)、密度=0.960g/cm3 、MI=0.8g/10分。
(PE−B2):ニポロンハード #5110(東ソー(株)社製)、密度=0.961g/cm3、MI=0.9g/10分。
(PE−B3):ニポロンハード #6300(東ソー(株)社製)、密度=0.962g/cm3、MI=0.25g/10分。
(PE−B4):PE−1/PE−3=50質量%/50質量%のブレンド組成物、密度(計算値)=0.961、MI=0.43g/10分。
(PE−B5):サンテックHD B161(旭化成ケミカルズ(株)社製)、密度=0.963g/cm3、MI=1.3g/10分。
(PE−B6):サンテックHD S362(旭化成ケミカルズ(株)社製)、密度=0.952g/cm3、MI=0.8g/10分。
上述のPE−B1〜3のポリエチレンを単軸押出機にて溶融混練し、Tダイ(コートハンガータイプ)より押し出し、エアナイフで冷却しながらキャストロールで引き取り、無孔原反を成形後、3インチ紙管に巻き取った((A)工程)。この際、ドラフト比を300倍以上にして無孔原反の複屈折率が3.0×10−2以上となるようにした。
その後、紙管に巻き取った各無孔原反を120℃の乾燥機内に3時間静置し、アニール処理((F)工程)を行った。
次に、アニール処理を施した無孔原反を、室温(RT)でMDに1.5倍冷延伸し((B)工程)、次いで120℃でMDに2.5倍の熱延伸((C)工程)を行った後、125℃で熱固定を連続的に行い、MD総延伸倍率が3.75倍のポリエチレン(以下、「PE」と略す)一軸延伸多孔質膜を採取した。この多孔質膜を得るまでの諸条件及び得られたPE一軸延伸多孔質膜の各種評価結果を表B1に示す。
MD延伸速度(冷延伸、熱延伸両方)をアップし、熱固定の時間を変えたこと以外は実施例B3と同じ条件でPE一軸延伸多孔質膜を採取した。この一軸延伸条件及び各種評価結果を表B1に示す。
(実施例B5)
ポリオレフィン系樹脂としてPE−B4を用い、単軸押出機(ダルメージ付きスクリュー)にて溶融混練し、Tダイより押し出し、エアナイフで冷却しながらキャストロールで引き取り、無孔原反を成形後、3インチ紙管に巻き取った((A)工程)。この際、ドラフト比を300倍とし、無孔原反の複屈折率は3.5×10−2であった。アニール条件及び縦一軸延伸条件は実施例B1に同じである。この多孔質膜を得るまでの諸条件及び得られたPE一軸延伸多孔質膜の各種評価結果を表B1に示す。
ポリオレフィン樹脂組成物としてPE−B5を用い、ドラフト比を188倍の無孔原反を採取し、実施例B1と同じMD延伸条件で、PE一軸延伸多孔質膜を採取した。成形により得られたアニール処理前の無孔原反の複屈折率は3.0×10−2未満(2.0×10−2)であった。この多孔質膜を得るまでの諸条件及び得られたPE一軸延伸多孔質膜の各種評価結果を表B1に示す。
(比較例B2)
ポリオレフィン樹脂組成物としてPE−B5を用い、ドラフト比が300倍の無孔原反を採取し、実施例B1と同じMD延伸条件で、PE一軸延伸多孔質膜を採取した。成形により得られたアニール処理前の無孔原反の複屈折率は3.0×10−2以上(3.1×10−2)であるが、細孔表面積は42.0m2/gを超えるものであった。この多孔質膜を得るまでの諸条件及び得られたPE一軸延伸多孔質膜の各種評価結果を表B1に示す。
(比較例B3)
ポリオレフィン樹脂組成物として密度が0.952g/cm3のPE−B6を用い、成形条件を表B1に示すようにした以外は実施例B1に同じ条件でPE一軸延伸多孔質膜を採取した。成形により得られたアニール処理前の無孔原反の複屈折率は3.0×10−2未満(2.9×10−2)であった。この多孔質膜を得るまでの諸条件及び得られたPE一軸延伸多孔質膜の各種評価結果を表B1に示す。なお、比較例B3は、密度が0.958よりも低く、開孔が不十分であった。このため透気度以外の物性は、評価に値しないと判断し、中止した。
(実施例B6)
実施例B5の条件で得た一軸延伸多孔質膜を、オフラインのテンター延伸機((株)市金工業社製)により、温度60℃においてTDに1.14倍に延伸後、熱固定を行ってPE二軸延伸多孔質膜を採取した。このTD延伸条件までの延伸条件及び各種評価結果を表B2に示す。
(ポリエチレン系縦一軸延伸多孔質膜PE−C1)
ポリオレフィン系樹脂として、MI=0.2g/10分、密度=0.963g/cm3、GPCで測定される重量平均分子量(Mw)=21万、分子量分布(Mw/Mn)=16のホモポリマーポリエチレンを用いた。この樹脂を単軸押出機にて210℃の設定温度で溶融させ、210℃のTダイ(リップクリアランス=9mm)より押し出した。その溶融樹脂をエアナイフで冷却しながら110℃に設定されたキャストロールで引き取った。この時のドラフト比は300倍、厚さが27μmの無孔原反を得た。
次に、この無孔原反に対して、120℃のアニール炉で3分間の熱処理を連続的に施した後、MDへの冷延伸を1段で1.5倍(室温)、次いでMDへの熱延伸を3段(等延伸速度(%/分))で2.5倍(120℃)施した後、125℃の温度でMDへの熱固定のみを更に施して、厚さが24μmのポリエチレン系縦一軸延伸多孔質膜PE−C1を得た。なお、無孔原反、縦一軸延伸多孔質膜の製造条件並びにこれらの諸特性値は、表C1に示すとおりであった。
ポリオレフィン系樹脂として、製品名「プライムポリプロ E111G」のアイソタチックホモポリプロピレン(MI=0.5g/10分、密度=0.910g/cm3、プライムポリマー(株)社製)を用いた。そのポリプロピレン系樹脂を、単軸押出機にて260℃の設定温度で溶融させ、240℃のTダイ(リップクリアランス=2.5mm)より押し出した。その溶融樹脂をエアナイフで冷却しながら130℃に設定されたキャストロールで引き取った。この時のドラフト比は100倍であり、厚さが28μmの無孔原反を得た。
次に、この無孔原反に対して、140℃のアニール炉で15分間の熱処理を連続的に施した後、MDへの冷延伸を1段で1.1倍(室温)、次いでMDへの熱延伸を3段(等延伸速度(%/分))で2.7倍(130℃)施した後、MDへの熱固定を更に施して、厚さ24μmのポリプロピレン系縦一軸延伸多孔質膜PP−C1を得た。なお、無孔原反、縦一軸延伸多孔質膜の製造条件並びにこれらの諸特性値は、表C1に示すとおりであった。
PE一軸延伸多孔質膜PE−C1を、テンター延伸機(市金工業社製)を用い、25℃の温度で1.1倍のTD冷延伸を行った後、熱固定工程にて膜の両端をテンタークリップで把持したまま125℃の温度で熱固定を行い、ポリエチレン(以下、PEと略す)系二軸延伸多孔質膜を得た。このときの各工程の風速は全て9.3m/secとした。TD冷延伸及び熱固定の条件、並びに各種評価の結果を表C2に示す。
(実施例C2)
TD冷延伸温度を70℃とした以外は実施例C1と同じ条件でPE系二軸延伸多孔質膜を得た。TD冷延伸及び熱固定の条件、並びに各種評価の結果を表C2に示す。
(実施例C3)
TD冷延伸倍率を1.2倍とした以外は実施例C1と同じ条件でPE系二軸延伸多孔質膜を得た。TD冷延伸及び熱固定の条件、並びに各種評価の結果を表C2に示す。
TD冷延伸温度を70℃とした以外は実施例C3と同じ条件でPE系二軸延伸多孔質膜を得た。TD冷延伸及び熱固定の条件、並びに各種評価の結果を表C2に示す。
(実施例C5)
TD冷延伸温度を100℃とした以外は実施例C3と同じ条件でPE系二軸延伸多孔質膜を得た。TD冷延伸及び熱固定の条件、並びに各種評価の結果を表C2に示す。
(実施例C6)
熱固定温度を120℃とした以外は実施例C3と同じ条件でPE系二軸延伸多孔質膜を得た。TD冷延伸及び熱固定の条件、並びに各種評価の結果を表C2に示す。
(実施例C7)
熱固定温度を120℃とした以外は実施例C4と同じ条件でPE系二軸延伸多孔質膜を得た。TD冷延伸及び熱固定の条件、並びに各種評価の結果を表C2に示す。
(実施例C8)
熱固定温度を120℃とした以外は実施例C5と同じ条件でPE系二軸延伸多孔質膜を得た。TD冷延伸及び熱固定の条件、並びに各種評価の結果を表C2に示す。
(実施例C9)
熱固定温度を110℃とした以外は実施例C4と同じ条件でPE系二軸延伸多孔質膜を得た。TD冷延伸及び熱固定の条件、並びに各種評価の結果を表C2に示す。
PE−C1を比較例C1の膜とした。各種評価の結果を表C2に示す。
(比較例C2)
PE縦一軸延伸多孔質膜PE−C1を用い、TD冷延伸工程において70℃の温度で1.2倍のTD冷延伸を行い、次いで熱固定工程においてTD冷延伸温度と同じ70℃で熱固定を施し、PE系二軸延伸多孔質膜を得た。TD冷延伸及び熱固定の条件、並びに各種評価の結果を表C2に示す。
(比較例C3)
熱固定温度を90℃とした以外は比較例C2と同じ条件でPE系二軸延伸膜を得た。TD冷延伸及び熱固定の条件、並びに各種評価の結果を表C2に示す。
(比較例C4)
熱固定温度を130℃とした以外は比較例C2と同じ条件でPE系二軸延伸多孔質膜を得た。TD冷延伸及び熱固定の条件、並びに各種評価の結果を表C2に示す。この条件では、TD冷延伸途中で破膜が発生したために、評価に値する膜は得られなかった。
(比較例C5)
TD冷延伸温度及び熱固定を110℃とした以外は比較例C2と同じ条件でPE系二軸延伸多孔質膜を得た。TD冷延伸及びTD熱固定の条件、並びに各種評価の結果を表C2に示す。この条件では、TD冷延伸途中で破膜が発生したために、評価に値する膜は得られなかった。
PP一軸延伸多孔質膜PP−C1を、テンター延伸機(市金工業社製)を用い、28℃の温度で1.2倍のTD冷延伸を行った後、熱固定工程にて膜の両端をテンタークリップで把持したまま140℃の温度で熱固定を行い、ポリプロピレン(以下、PPと略す)系二軸延伸多孔質膜を得た。このときの各工程の風速は全て13.7m/secとした。TD冷延伸及び熱固定の条件、並びに各種評価の結果を表C3に示す。
(実施例C11)
TD冷延伸温度を70℃、風速を18.2m/secとした以外は実施例C10と同じ条件でPP系二軸延伸多孔質膜を得た。TD冷延伸及び熱固定の条件、並びに各種評価の結果を表C3に示す。
(実施例C12)
TD冷延伸温度を100℃、風速を18.2m/secとした以外は実施例C10と同じ条件でPP系二軸延伸多孔質膜を得た。TD冷延伸及び熱固定の条件、並びに各種評価の結果を表C3に示す。
(実施例C13)
熱固定温度を130℃とした以外は実施例C10と同じ条件でPP系二軸延伸多孔質膜を得た。TD冷延伸及び熱固定の条件、並びに各種評価の結果を表C3に示す。
(実施例C14)
熱固定温度を130℃とした以外は実施例C11と同じ条件でPP系二軸延伸多孔質膜を得た。TD冷延伸及び熱固定の条件、並びに各種評価の結果を表C3に示す。
(実施例C15)
熱固定温度を130℃とした以外は実施例C12と同じ条件でPP系二軸延伸多孔質膜を得た。TD冷延伸及び熱固定の条件、並びに各種評価の結果を表C3に示す。
(実施例C16)
TD冷延伸温度を126℃、熱固定温度を146℃とした以外は実施例C11と同じ条件でPP系二軸延伸多孔質膜を得た。TD冷延伸及び熱固定の条件、並びに各種評価の結果を表C3に示す。
PP−C1を比較例C6の膜とした。各種評価の結果を表C3に示す。
(比較例C7)
PP−C1を用い、140℃の温度で1.2倍のTD冷延伸を行い、次いで熱固定工程において、TD冷延伸温度と同じ140℃で熱固定を行い、PP系二軸延伸多孔質膜を得た。このときの各工程の風速は18.2m/secとした。TD冷延伸及び熱固定の条件、並びに各種評価の結果を表C3に示す。
前記のPP−C1に用いた製品名「プライムポリプロ E111G」のアイソタチックホモポリプロピレンを単軸押出機にて260℃の設定温度で溶融させ、260℃のTダイ(リップクリアランス=1mm)より押し出した。その溶融樹脂をエアナイフで冷却しながら130℃に設定されたキャストロールで引き取った。この時のドラフト比は90倍の無孔原反PP−C2を得た。
また、製品名「サンテックHD B161」(MI=1.3g/10分、密度=0.963g/cm3、旭化成ケミカルズ(株)社製)のホモポリマーポリエチレンを用い、単軸押出機にて180℃の設定温度で溶融させ、180℃のTダイ(リップクリアランス=2.5mm)より押し出した。その溶融樹脂をエアナイフで冷却しながら100℃に設定されたキャストロールで引き取った。この時のドラフト比は350倍とした。上記無孔原反PP−C2、PE−C2の製造条件及び諸特性値は、表C4に示すとおりであった。
次いで、内層にはPE−C2、両外層にPP−C2になるように3軸の繰出部に装着し、8m/minの繰り出し速度で、温度132℃の加熱ロール間に2.7kg/cmの圧力で熱圧着し、3層積層構造を有する無孔原反を巻き取った。
次いで、3層ラミネート原反に対して、130℃の温度で30分間連続アニール処理を行い、更に、MD冷延伸工程で1.3倍(室温)に延伸を行い、MD熱延伸工程で2.5倍(120℃)、MD熱固定工程で130℃の温度で10%のMD熱固定緩和を行い、積層一軸延伸多孔質膜(PP−C2/PE−C2/PP−C2)を巻き取った。この積層一軸延伸多層膜の縦一軸延伸条件及びその特性値は表C5に示すとおりであった。
上記3層(PP−C2/PE−C2/PP−C2)よりなる積層縦一軸延伸多孔質膜を用い、100℃の温度でTDに1.2倍の冷延伸を行い、次いで熱固定工程において130℃の温度で熱固定を行い、実施例C17の積層二軸延伸多孔質膜を得た。この二軸延伸多孔質膜の延伸条件、並びに各種評価の結果を表C6に示す。
上記積層縦一軸延伸多孔質膜を比較例C8とした。この各種評価の結果を表C6に示す。
(比較例C9)
上記積層縦一軸延伸多孔質膜を、100℃の温度でTDに1.2倍の延伸を行い、次いで熱固定工程においてTD冷延伸温度と同じ100℃の温度で熱固定を行い、積層二軸延伸多孔質膜を得た。この二軸延伸多孔質膜の条件、並びに各種評価の結果を表C6に示す。
(比較例C10)
TD冷延伸温度及び熱固定温度を126℃とした以外は比較例C9と同じ条件で積層二軸延伸多孔質膜を得た。この二軸延伸多孔質膜の条件、並びに各種評価の結果を表C6に示す。
実施例C4の条件で得たPE二軸延伸多孔質膜にコロナ放電処理を施し、実施例Aで調製した塗工液1をマイクログラビアコーターにて塗工を施した後、60℃の温度で乾燥を行い、7μmの耐熱多孔質層(耐熱多孔層中のバインダ比率5.0%)を有する耐熱多孔質膜(実施例C18)を採取した。この多層多孔質膜は、表C7に示したように塗工前(実施例C4)に対し、透気性の低下は軽微であった。
2A ニッケル箔
2B ニッケル箔
3A ガラス板
3B ガラス板
4 テフロン(商標)テープ
5 開口部
6 木製板
7A 熱伝対
7B 熱伝対
8 シリコンゴム
9 ホットプレート
10 ヒーター
11 ヒーター配線
12A リード配線
12B リード配線
13 プレス機
14 シリンダー
15 電気抵抗測定装置
16 温度計
17 データ収集装置
18 温度コントローラ
Claims (19)
- (A)工程:ポリオレフィン系樹脂組成物から無孔原反を成形する原反成形工程;
(B)工程:(A)工程で得られた無孔原反を、前記原反の押出方向(MD)に−20℃〜(Tm−30)℃(Tmは無孔原反の融点(℃))で冷延伸して多孔質化するMD冷延伸工程;
(D)工程:(B)工程を経た膜を、MDと直交する方向(TD)に冷延伸するTD冷延伸工程;及び
(H)工程:熱固定工程
を以上の順で含み、
(D)工程における延伸温度T 1 (℃)及び(H)工程における熱固定温度T2(℃)が、下記式(1)及び(2)を満足する、ポリオレフィン系多孔質膜の製造方法。
T2>T1 ≧(Tg+20) (1)
(Tm−3)≧T2≧(Tm−40) (2)
(式中、Tmは無孔原反の融点(℃)を示す。) - (D)工程における延伸温度T1が下記式(3)を満足する請求項1記載のポリオレフィン系多孔質膜の製造方法。
(Tg+20)≦T1≦(T2−5) (3)
(式中、Tgは、TD冷延伸の対象となる多孔質膜のガラス転移温度(℃)を示す。) - 前記ポリオレフィン系樹脂組成物が、少なくとも、ポリエチレン又はポリプロピレンの一方を含む、請求項1又は2に記載のポリオレフィン系多孔質膜の製造方法。
- 請求項1〜3のいずれか一項に記載の方法で製造されたポリオレフィン二軸延伸多孔質膜。
- ポリオレフィン系樹脂組成物からなるポリオレフィン系多孔質膜であって、細孔表面積が35.0〜42.0m2/gであり、且つ複屈折率が2.0×10−2〜4.0×10−2であるポリオレフィン系多孔質膜。
- 前記多孔質膜の気孔率が40〜80%である請求項5記載のポリオレフィン系多孔質膜。
- ポリオレフィン系樹脂組成物が、密度が0.958〜0.965g/cm3の高密度ポリエチレンを含む請求項5または6に記載のポリオレフィン系多孔質膜。
- 少なくとも請求項5〜7のいずれか一項に記載のポリオレフィン系多孔質膜を含む、多層多孔質膜。
- 請求項5〜7のいずれか一項に記載のポリオレフィン系多孔質膜と、
該多孔質膜の少なくとも1表面に積層された耐熱層とを有する、多層ポリオレフィン系多孔質膜。 - 前記耐熱層が、200℃以上の融点を有する無機フィラーより構成される請求項9記載のポリオレフィン系多孔質膜。
- 請求項5から10のいずれか一項に記載の多孔質膜又は多層多孔質膜からなる電池用セパレータ。
- 以下の(A)及び(B)の各工程を含み、(A)工程で得られた無孔原反の複屈折率が3.0×10-2以上であり、得られたポリオレフィン系多孔質膜の細孔表面積が42.0m2/g以下である、ポリオレフィン系多孔質膜の製造方法:
(A)工程:密度が0.958〜0.962g/cm 3 の高密度ポリエチレンを主成分として含むポリオレフィン系樹脂組成物から無孔原反を成形する原反成形工程、
(B)工程:(A)工程で得られた無孔原反を、前記原反の押出方向(MD)に−20℃〜(Tm−30)℃(Tmは無孔原反の融点(℃))で冷延伸して多孔質化するMD冷延伸工程。 - (A)工程で得られた無孔原反の複屈折率が3.0×10−2〜4.5×10−2である請求項12に記載のポリオレフィン系多孔質膜の製造方法。
- 得られたポリオレフィン系多孔質膜の細孔表面積が35〜42.0m2/gである請求項12又は13に記載のポリオレフィン系多孔質膜の製造方法。
- 更に、
(C)工程:(B)工程で得られた冷延伸多孔質膜をMDに(Tm−40)℃〜(Tm−5)℃で熱延伸して熱延伸多孔質膜を得るMD熱延伸工程を含む請求項12〜14いずれか1項に記載の製造方法。 - (C)工程以降に、更に、
(D)工程:(C)工程を経た膜を、MDと直交する方向(TD)に、(Tg+20)℃≦T 1 ≦(Tm−20)℃(但し、TgはTD冷延伸の対象となる多孔質膜のガラス転移温度(℃)を示す。)を満足する温度T 1 にて冷延伸するTD冷延伸工程、
を含む請求項15に記載の製造方法。 - 以下の(A)、(B)、(C)及び(D)の各工程を含み、(A)工程で得られた無孔原反の複屈折率が3.0×10 -2 以上であり、得られたポリオレフィン系多孔質膜の細孔表面積が42.0m 2 /g以下である、ポリオレフィン系多孔質膜の製造方法:
(A)工程:ポリオレフィン系樹脂組成物から無孔原反を成形する原反成形工程、
(B)工程:(A)工程で得られた無孔原反を、前記原反の押出方向(MD)に−20℃〜(Tm−30)℃(Tmは無孔原反の融点(℃))で冷延伸して多孔質化するMD冷延伸工程、
(C)工程:(B)工程で得られた冷延伸多孔質膜をMDに(Tm−40)℃〜(Tm−5)℃で熱延伸して熱延伸多孔質膜を得るMD熱延伸工程、
(D)工程:(C)工程を経た膜を、MDと直交する方向(TD)に、(Tg+20)℃≦T 1 ≦(Tm−20)℃(但し、TgはTD冷延伸の対象となる多孔質膜のガラス転移温度(℃)を示す。)を満足する温度T 1 にて冷延伸するTD冷延伸工程 - 前記ポリオレフィン系樹脂組成物が、密度が0.958〜0.965g/cm 3 の高密度ポリエチレンを主成分として含む請求項17に記載の製造方法。
- (D)工程の後に、更に、
(H)工程:(D)工程の延伸温度以上の温度で熱固定を行う熱固定工程を含む請求項16〜18のいずれか1項に記載の製造方法。
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