JP5628215B2 - 複合多層フィルム - Google Patents
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Description
(a)ポリエチレン系樹脂100質量部、および
(b)吸着機能性フィラー1〜300質量部
を含む吸着機能性樹脂組成物(γ)からなり、吸着機能性フィラー(b)は、30μm以下の粒子径(D99)および20μm以下の粒子径(D50)を有する、ここでD99およびD50はそれぞれ、粒子径分布において粒子径の小さい方から累積して99質量%および50質量%になる点における粒子径を言う、ところの複合多層フィルムである。
層(A−1)を構成する酸変性ポリエチレン系樹脂(α)および層(A−2)を構成する結晶性ポリエチレン系樹脂(β)は、それらの結晶化度(Xc)が60%となる温度をそれぞれTmα60およびTmβ60としたとき、Tmα60 <Tmβ60 であるように選択される。好ましくは、上記樹脂(β)の結晶化度が70%となる温度をTmβ70 としたとき、Tmα60 <Tmβ70であるように選択され、より好ましくは、上記樹脂(β)の結晶化度が80%となる温度をTmβ80 としたとき、Tmα60 <Tmβ80 であるように選択される。Tmα60 ≧Tmβ60 であると、フィルム(A)の層(A−1)側を層(B)と熱ラミネートするときに、フィルム(A)が加工機に融着するなどのトラブルが生じる。
(a)ポリエチレン系樹脂100質量部、および
(b)吸着機能性フィラー5〜300質量部
を含み、吸着機能性フィラー(b)は、30μm以下の粒子径(D99)および20μm以下の粒子径(D50)を有する。ここで、D99およびD50はそれぞれ、粒子径分布において粒子径の小さい方から累積して99質量%および50質量%になる点における粒子径を言う。
ポリエチレン系樹脂(a)は特に制限されず、たとえば、超低密度ポリエチレン、直鎖状低密度ポリエチレン、低密度ポリエチレン、高密度ポリエチレンなどのエチレン系重合体、エチレン-酢酸ビニル共重合体、エチレン-アクリル酸エチルなどのエチレン系共重合体、およびエチレン−αオレフィン共重合体ゴムなどが挙げられる。上記αオレフィンは、例えばプロピレン、1-ブテン、1-ヘキセン、1-オクテン、1-デカンを包含する。吸着機能性フィラー(b)との混和性の点から、ポリエチレン系樹脂(a)は、好ましくは、(a−1)エチレン系重合体および(a−2)酸変性樹脂を含むポリエチレン系樹脂組成物である。
エチレン系重合体は、十分な耐熱性を有すると共に十分なフィラー受容性を有してフィルム(A)の外観および膜厚安定性が良好になるように、下記(i)〜(iv)を満たすことが好ましい。
(i)DSC融解曲線における最も高い温度側のピークトップ融点(Tm)が110℃以上である、
(ii)DSC融解曲線における融解熱量(ΔH)が90〜180J/gである、
(iii)110℃における結晶化度(Xc(110))が10〜60%である、および
(iv)MFR(190℃、21.18N)が0.1g/10分以上10g/10分未満である。
なお、成分(a−1)に関しては、DSC測定を、TA Instruments(ティー・エイ・インスツルメント・ジャパン株式会社)のDSC Q1000型を使用し、試料を190℃で5分間保持した後、10℃/分の降温速度で−10℃まで冷却し、−10℃で5分間保持した後、10℃/分の昇温速度で190℃まで加熱するという温度プログラムで行ってDSC融解曲線を得た。
酸変性樹脂は、疎水性であるエチレン系重合体(a−1)と親水性である吸着機能性フィラー(b)との混和性を改良して吸着機能性フィラーの分散を促進し、製膜したときにフィルムにブツなどの欠点が発生しないようにするための成分である。
(b)吸着機能性フィラー
吸着機能性フィラーは、リチウムイオン二次電池や電気二重層キャパシタの性能を阻害・低下させる物質を吸着除去する機能を有する物質であり、具体的には、(イ)水分吸着剤、(ロ)一酸化炭素酸化触媒、および(ハ)二酸化炭素吸着剤などを包含する。これらを、単独で、または2種以上の組み合わせで使用することができる。
アルミニウムの化成処理方法は種々知られており、ポリオレフィン系樹脂フィルム(A)とアルミニウム層(B)との接着強度や耐電解液性が充分である限り、どのような方法を用いても良い。環境負荷を考慮すれば、非六価クロム系の化成処理が好ましく、非クロム系の化成処理がより好ましい。非クロム系化成処理は、クロムを使用しないで行われる化成処理であり、熱水処理(ベーマイト処理)および、クロムを含まない化学薬品、例えばリン酸亜鉛やリン酸マンガン等のリン酸塩および有機酸の金属塩(シュウ酸、酢酸などのカルボン酸の鉄塩、亜鉛塩、マンガン塩、銅塩、ニッケル塩、コバルト塩、バナジウム塩、スカンジウム塩など)、を用いる化成処理を包含する。本発明における層(B)は、無処理のアルミニウム箔を上記処理に付すことにより得ることができる。
ポリアミドは機械的強度に優れ、この層を有することにより、得られる多層フィルムの耐久性を高めることができる。使用されるポリアミドは特に制限されず、例えばナイロン6 、ナイロン11、ナイロン12、ナイロン66、ナイロン610、ナイロン6T、ナイロン6I、ナイロン9T、ナイロンM5T、ナイロンナイロン612、ケブラー(Kevlar、デュポン社の商標)、ノーメックス(Nomex、デュポン社の商標)を包含する。
この層は、層(C)上に任意的に積層される保護層である。層(C)は良好な機械的強度を有するが、リチウムイオン二次電池や電気二重層キャパシタに使用される電解液のように浸透性や溶解性の高い液体に対しては非常に脆い。上記(A)〜(C)からなる多層フィルムを層(C)が最外層となるように包装袋にし、その中に蓄電要素と電解液等の内容物を入れ、袋口をヒートシールする際に、内容物がこぼれる可能性がある。したがって、層(C)の上にさらに層(D)を有すると有利である。
1)ポリオレフィン系樹脂フィルム(A)の片面に、少なくとも片面が化成処理されたアルミニウムの層(B)を積層する工程、および
2)上記層(B)の上にポリアミドの層(C)を積層する工程
を含む方法で製造することができる。ここで、フィルム(A)は酸変性ポリエチレン系樹脂(α)の層(A−1)、結晶性ポリエチレン系樹脂(β)の層(A−2)およびそれらの間に位置する1以上の層(A−3)を有し、上記酸変性ポリエチレン系樹脂(α)の結晶化度が60%となる温度をTmα60とし、上記結晶性ポリエチレン系樹脂(β)の結晶化度が60%となる温度をTmβ60としたとき、Tmα60 <Tmβ60 であり、上記工程1)は、下記(1)を満たす温度(TR)での熱ラミネートにより、層(A−1)の上に層(B)の化成処理された面が積層されるように行なわれる。
αのXc(TR)<60% かつ βのXc(TR)≧60% (1)
ここで、Xc(TR)は温度TRでの結晶化度である。
(1)吸着機能性樹脂組成物(γ)の製造
表1に示す配合量(質量部)の成分をドライブレンドし、これを(株)日本製鋼所の二軸押出機TEX28により溶融混練し、層(A−3)のための樹脂組成物(γ)のペレットを得た。二軸押出機出口樹脂温度は240℃であった(真空ベント使用)。
表1に示す層(A−1)のための酸変性ポリエチレン系ポリオレフィン樹脂(α)、層(A−2)のための結晶性ポリエチレンプロピレン系樹脂重合体(β)および上記(1)で得られた吸着機能性樹脂組成物(γ)を使用し、マルチマニホールド型多層共押出Tダイを用いて、層(A−1)/層(A−3)/層(A−2)厚み比10/65/5、全厚み80μmのフィルム(A)を製造した。なお、Tダイ出口樹脂温度250℃、引取速度20m/分とした。また層(A−1)に、濡れ指数が45mN/m以上になるようにコロナ処理を付した。
東洋アルミニウム株式会社製の無処理アルミニウム箔(スーパーホイル、JIS番号A−8079、厚さ40μm)を水槽に繰出して沸騰水に5分浸漬した後、浸漬部分を巻取る作業をアルミニウム箔の全長にわたって行って、両面がベーマイト処理されたアルミニウム箔(B)を得た。
上記で得られたポリオレフィンフィルム(A)とベーマイト処理されたアルミニウム箔(B)を、トクデン株式会社の誘電発熱式ラミネーターJD−DWを用いて、ポリオレフィンフィルムの層(A−1)がアルミニウム箔と接するように熱ラミネートを行なった。熱ロールの温度は、表1に示す熱ラミネート作業温度に設定し、圧力は0.3MPa、引取速度は2m/分であった。
上記熱ラミネートによって得られたフィルムのアルミニウム箔の上に、ユニチカ株式会社のナイロンフィルム(エンブレムONUM、厚さ15μm)を平野金属のテストラミネーターMODEL200によりドライラミネートした。接着剤として三井化学ポリウレタン株式会社のタケラックA−1143/タケネートA−3(9/1質量比)の二液タイプを使用し、これを、固形分40質量%となるように酢酸エチルで希釈したものを、塗工量4.5g/m2となるように塗布した。ラミネート後、70℃×48時間の養生を行った。
複合多層フィルムのポリオレフィンフィルム(A)上に縦横共に1mm間隔で碁盤目状に10列×10行の切目を入れ、その上から粘着テープを貼り、直ちに粘着テープを剥した。粘着テープにフィルムが何ら付着することなく剥がれた場合を○、それ以外を×とした。
20mm×100mmの大きさの複合多層フィルムを、エチレンカーボネート、ジメチルカーボネートおよびジエチルカーボネートを1:1:1の体積比で混合し、これに六フッ化リン酸リチウムを1mol/Lとなるように溶解した電解液(キシダ化学株式会社製)に浸漬して80℃×168hrの促進劣化試験を行い、ラミネート剥れの有無を調べた。剥れがなく、ピンセットを用いて剥そうとしても剥がれないものを○、それ以外を×とした。
複合多層フィルムのポリオレフィンフィルム(A)の層(A−2)同士を、フィルムのマシン方向がT字剥離試験の引張方向になるようにして、株式会社東洋精機製作所のHG−100型ヒートシール試験機を用いて、温度170℃、時間2秒、圧力0.3Paの条件で融着した。次いで、株式会社東洋精機製作所製のAE−CT型引張試験機を使用してT字剥離試験を行い(引剥幅25mm、引剥速度100mm/分、引剥角度180°)、層(A−2)同士のヒートシール強度を測定した。
複合多層フィルムを、凹部の寸法が縦70mm×横70mm×深さ4mmとなる型とプレス機(ラミネートフイルム成形試験機、宝泉株式会社製)を使用して、ポリオレフィンフイルム(A)の側が凹になるように、加圧力5MPs、加圧速度1s/100mmの条件で絞り加工した。絞り加工した複合多層フィルム2個を、それぞれのポリオレフィンフイルム(A)の層が対向するように重ね合わせ、任意の3辺を5mm幅で、170℃、1MPa、2秒の条件でヒートシールして袋状に加工した。絞り加工部およびヒートシール加工部を目視および実体顕微鏡により観察して、ラミネート剥れの有無を調べた。剥れがないものを○、それ以外を×とした。
エチレンカーボネート、ジメチルカーボネートおよびジエチルカーボネートを1:1:1の体積比で混合し、これに六フッ化リン酸リチウムを1mol/Lとなるように溶解した電解液(キシダ化学株式会社製)36mlを、上記試験(4)で得られた袋の開口部から注入し、開口部を5mm幅で、170℃、1MPa、2秒の条件でヒートシールして試験片を得た。この試験片を、温度30℃および湿度95%に設定した環境試験機を用いて、100日間の促進劣化試験に付した。同様に温度80℃および湿度95%に設定した環境試験機を用いて、100日間の促進劣化試験に付した。両方の試験において液漏れ等の異常の有無を調べ、以下の基準で評価した。
○:どちらの試験でも異常が無かった。
△:30℃での試験では異常が無いが、80℃での試験では異常が認められた。
×:どちらの試験でも異常が認められた。
上記試験(5)で作成した試験片を−40℃の環境において24時間状態調節した後、同環境において、1mの高さからステンレスのバットに、袋を立たせる方向で100回落下させる落下試験を行った。このとき、袋の落下方向を一定にすると共に、ステンレスパットに着地する箇所が毎回同じになるようにした。落下試験後、試験片を常温に戻し、破袋および液漏れの有無を確認した。破袋および液漏れがなかった場合を○、破袋または液漏れが認められた場合を×とした。
上記試験(5)で作成した試験片を沸騰水中で5分間煮沸した。破袋および液漏れがなかった場合を○、破袋または液漏れが認められた場合を×とした。
エチレンカーボネート、ジメチルカーボネートおよびジエチルカーボネートを1:1:1の体積比で混合し、これに水を極少量混合し、試験液とした。この試験液中の水分量をカールフィッシャー容量滴定装置(平沼産業株式会社のAQ−300)により測定した(初期水分量)。この試験液20gを上記試験(4)で得られた袋の開口部から注入し、開口部を5mm幅で、170℃、1MPa、2秒の条件でヒートシールした。25℃×48時間保管後、この袋を開封し、試験液中の水分量を同様に測定した(残存水分量)。
テトラバックに10cm×10cmの複合多層フィルム10枚を入れ、255mLの窒素を充填した。ここに45mLの一酸化炭素を注入した(一酸化炭素の計算濃度:15vol%)。これを24時間、常温、常圧で放置した後、一酸化炭素濃度および二酸化炭素濃度をガスクロマトグラフにより測定した。なお、テトラバックからはガスが少しずつ透過して抜けるため、同時にブランク(上記フィルムを使用しない場合)の測定も行ったところ、24時間後の一酸化炭素濃度は14.1vol%であり、二酸化炭素は検出されなかった。
二酸化炭素は透過性が高いため、フィルムによる二酸化炭素の吸着能の測定を行った。上記試験(9)において、45mLの一酸化炭素を注入する代わりに、45mLの二酸化炭素を注入した以外は上記試験(9)と同様にして、二酸化炭素濃度の測定を行った。ブランクでの二酸化炭素濃度は12.3vol%であった。
NF539:三井化学(株)製のアドマーNF539(商品名)、無水マレイン酸変性ポリエチレン、Xc=60%となる温度:93℃、DSC融解曲線における最も高い温度側のピークトップ融点(Tm)=121℃
NE827:三井化学(株)製のアドマーNE827(商品名)、無水マレイン酸変性ポリエチレン、Xc=60%となる温度:89℃、Tm=124℃
XE070:三井化学(株)製のアドマーXE070(商品名)、無水マレイン酸変性ポリエチレン、Xc=60%となる温度:54℃、Tm=84℃
NE065:三井化学(株)製のアドマーNE065(商品名)、無水マレイン酸変性ポリエチレン、Xc=60%となる温度:111℃、Tm=123℃
SP4530:プライムポリマー(株)製のエボリューSP4530(商品名)、メタロセン系触媒による直鎖状高密度ポリエチレン、Xc=60%となる温度:126℃、Xc=70%となる温度:121℃、Xc=80%となる温度:110℃、Tm=132℃、密度:942Kg/m3
SP2520:プライムポリマー(株)製のエボリューSP2520(商品名)、メタロセン系触媒による直鎖状低密度ポリエチレン、Xc=60%となる温度:98℃、Xc=70%となる温度:91℃、Xc=80%となる温度:98℃、Tm=121℃、密度:928Kg/m3
KF271:日本ポリエチレン(株)製のカーネルKF271(商品名)、メタロセン系触媒による直鎖状低密度ポリエチレン、MFR(190℃、21.18N)=2.4g/10分、密度913kg/m3、Tm=127℃、ΔH=127J/g、Xc110=26%
モレキュラーシーブ4A LPH:東ソー(株)製の細孔径0.4nmの合成ゼオライト、D99=20μm、D50=12μm
銅ゼオライト:東ソー(株)製、D99=20μm、D50=12μm
ホプカライト:ジーエルサイエンス(株)製の複合金属酸化物触媒(CuMn2O4)を乳鉢で粉砕・分級したもの、D99=12μm、D50=3μm
5%Pd−MgO−01:エヌ・イー・ケムキャット(株)製の酸化マグネシウム担持パラジウム触媒、担持量5質量%、D99=6μm、D50=2μm
STO:堺化学工業(株)製の酸化ストロンチウムを分級したもの、D99=18μm、D50=5μm
スターマグPSF−150F:神島化学工業(株)製の高BET酸化マグネシウム、BET比表面積=150m2/g 、D99=3μm、D50=1μm
無水硫酸マグネシウム:馬居化学工業(株)製、D99=118μm、D50=24μm
LBT−77:堺化学工業(株)製、ポリエチレンワックス
ステアリン酸カルシウム
B 化成処理されたアルミニウムの層
C ポリアミドの層
D ポリエステル系樹脂の層
A−1 酸変性ポリエチレン系樹脂(α)の層
A−3 吸着機能性樹脂組成物(γ)の層
A−2 結晶性ポリエチレン系樹脂(β)の層
Claims (16)
- 少なくとも片面が化成処理されたアルミニウムの層(B)の一方の面であってかつ化成処理されている面にポリオレフィン系樹脂フィルム(A)を有し、他方の面にポリアミドの層(C)を有する複合多層フィルムにおいて、フィルム(A)が、酸変性ポリエチレン系樹脂(α)の層(A−1)、結晶性ポリエチレン系樹脂(β)の層(A−2)、ならびにそれらの間に位置する1以上の層(A−3)を有し、上記酸変性ポリエチレン系樹脂(α)の結晶化度が60%となる温度をTmα60とし、上記結晶性ポリエチレン系樹脂(β)の結晶化度が60%となる温度をTmβ60としたとき、Tmα60<Tmβ60であり、層(B)が層(A−1)の上に直接積層されており、層(A−3)が、
(a)ポリエチレン系樹脂100質量部、および
(b)吸着機能性フィラー1〜300質量部
を含む吸着機能性樹脂組成物(γ)からなり、吸着機能性フィラー(b)は、30μm以下の粒子径(D99)および20μm以下の粒子径(D50)を有する、ここでD99およびD50はそれぞれ、粒子径分布において粒子径の小さい方から累積して99質量%および50質量%になる点における粒子径を言う、ところの複合多層フィルム。 - 化成処理が非クロム系化成処理である、請求項1に記載の複合多層フィルム。
- (b)吸着機能性フィラーが、(イ)水分吸着剤、(ロ)一酸化炭素酸化触媒、および(ハ)二酸化炭素吸着剤より成る群から選択される1以上である、請求項1または2に記載の複合多層フィルム。
- (b)吸着機能性フィラーが、(ロ)一酸化炭素酸化触媒および(ハ)二酸化炭素吸着剤より成る群から選択される1以上である、請求項3に記載の複合多層フィルム。
- (イ)水分吸着剤が、
ゼオライト、モレキュラーシーブ、硫酸マグネシウム、酸化カルシウム、酸化ストロンチウム、酸化アルミニウム、シリカゲル、石灰および焼成ハイドロタルサイトから成る群から選択される1以上である、請求項3に記載の複合多層フィルム。 - (ロ)一酸化炭素酸化触媒が、ホプカライトおよび担持貴金属触媒から成る群から選択される1以上である、請求項3〜5の何れか1項に記載の複合多層フィルム。
- (ハ)二酸化炭素吸着剤が、酸化ストロンチウム、酸化カルシウム、細孔径0.4nm以上のゼオライト、およびBET比表面積が50m2/g以上である酸化マグネシウムから成る群から選択される1以上である、請求項3〜6の何れか1項に記載の複合多層フィルム。
- (ハ)二酸化炭素吸着剤が、BET比表面積が50m 2 /g以上である酸化マグネシウムである、請求項7に記載の複合多層フィルム。
- (a)ポリエチレン系樹脂が、
(a−1)下記(i)〜(iv)の特性を有するエチレン系重合体99〜60質量%
(i)DSC融解曲線における最も高い温度側のピークトップ融点(Tm)が110℃以上である、
(ii)DSC融解曲線における融解熱量(ΔH)が90〜180J/gである、
(iii)110℃における結晶化度(Xc(110))が10〜60%である、および
(iv)MFR(190℃、21.18N)が0.1g/10分以上10g/10分未満である、
および
(a−2)酸変性樹脂1〜40質量%
を含むポリエチレン系樹脂組成物である、ここで成分(a−1)と成分(a−2)の量の合計が100質量%である、ところの請求項1〜8の何れか1項に記載の複合多層フィルム。 - Tmβ60が115℃以上である、請求項1〜9の何れか1項に記載の複合多層フィルム。
- Tmα60が80℃以上である、請求項1〜10の何れか1項に記載の複合多層フィルム。
- 層(C)の上にポリエステル系樹脂の層(D)を更に有する、請求項1〜11 の何れか1項に記載の複合多層フィルム。
- 請求項1〜12 の何れか1項に記載の複合多層フィルムからなる成形体。
- 二次電池の外装材である、請求項13記載の成形体。
- 電気二重層キャパシタの外装材である、請求項13記載の成形体。
- 1)ポリオレフィン系樹脂フィルム(A)の片面に、化成処理されたアルミニウムの層(B)を積層する工程、および
2)上記層(B)の上にポリアミドの層(C)を積層する工程
を含み、ここで、フィルム(A)は酸変性ポリエチレン系樹脂(α)の層(A−1)、結晶性ポリエチレン系樹脂(β)の層(A−2)、およびそれらの間に位置する1以上の層(A−3)を有し、上記酸変性ポリエチレン系樹脂(α)の結晶化度が60%となる温度をTmα60とし、上記結晶性ポリエチレン系樹脂(β)の結晶化度が60%となる温度をTmβ60としたとき、Tmα60 <Tmβ60 であり、上記工程1)は、下記(1)を満たす温度(TR)での熱ラミネートにより、層(A−1)の上に層(B)の化成処理された面が積層されるように行なわれる、請求項1記載の複合多層フィルムの製造法、
αのXc(TR)<60% かつ βのXc(TR)≧60% (1)
ここで、Xc(TR)は温度TRでの結晶化度である。
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