JP5704289B1 - 樹脂組成物 - Google Patents
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Abstract
【課題】本発明は、長時間のエージング工程を設けなくても、複数の部材間を短時間で強固に接着することができる樹脂組成物を提供する。【解決手段】(1)ウレタン(メタ)アクリレートと、(2)リン酸基を有する(メタ)アクリレート、(メタ)アクリル系シランカップリング剤、及びイソシアネート基を有する(メタ)アクリレートからなる群から選択された少なくとも1種と、(3)エポキシ基を有する(メタ)アクリレートとを含む樹脂組成物。【選択図】なし
Description
本発明は、複数の部材を短時間で強固に接着することができる樹脂組成物に関する。さらに、本発明は、当該樹脂組成物の硬化物を接着層とした電池用包装材料に関する。
従来、樹脂と樹脂、樹脂と金属など、同種または異種の部材間を接着する接着剤が知られている。このような接着剤としては、樹脂組成物が一般に用いられている。例えば、電池用包装材料などとして使用される積層フィルムにおいても、樹脂により形成された基材層と、金属層との間を接着するために、樹脂組成物からなる接着剤が使用されている。
例えば、電池用包装材料において、基材層と金属層との間を接着する接着剤としては、ポリウレタン系接着剤が多く用いられている。ところが、ポリウレタン系接着剤の硬化には長時間を要する。このため、基材層と金属層との接着工程においては、接着剤を介して基材層と金属層とを積層させた後、接着力を高めるために、長時間加熱するエージング工程が設けられている。
しかしながら、長時間にわたるエージング工程を設けることにより、リードタイムが長期化するという問題がある。このような問題を解決するため、例えば、特許文献1には、電離放射線反応基と、熱、及び/または湿度による硬化反応基または架橋反応基を有することを特徴とする積層用の接着剤組成物が開示されている。また、特許文献2には、ダイマー酸またはダイマー酸誘導体を含む電離放射線硬化型接着剤組成物を用いることにより、積層フィルムにおける各層の接着性を向上させる方法が開示されている。
本発明者が鋭意検討を重ねた結果、例えば、特許文献1に開示されたような接着剤組成物を用いた場合、接着剤組成物の硬化物と樹脂との接着性は、エージング工程を設けない場合にも良好であったが、金属との接着性は必ずしも十分でないことが明らかとなった。また、例えば特許文献2に開示されたような接着剤組成物を用いた場合にも、接着剤組成物の硬化物と金属との接着性は不十分な場合があることが明らかとなった。
さらに、本発明者は、特許文献1及び2に開示されたような接着剤組成物を介して基材層と金属層とを接着し、電池用包装材料を作製した。そして、これらの電池用包装材料の耐湿熱性を確認するため、電池用包装材料を湿熱環境下に置いたところ、基材層と金属層とが接着層から剥がれることがあり、電池用包装材料の強度が維持できない場合があることも明らかとなった。
本発明は、これらの問題に鑑みなされた発明である。本発明は、長時間のエージング工程を設けなくても、複数の部材間を短時間で強固に接着することができる樹脂組成物を提供することを主な目的とする。さらに、本発明は、当該樹脂組成物を用いて基材層と金属層とが強固に接着され、耐湿熱性にも優れた電池用包装材料を提供することも目的とする。
本発明者は、上記のような課題を解決すべく鋭意検討を行った。その結果、(1)ウレタン(メタ)アクリレートと、(2)リン酸基を有する(メタ)アクリレート、(メタ)アクリル系シランカップリング剤、及びイソシアネート基を有する(メタ)アクリレートからなる群から選択された少なくとも1種と、(3)エポキシ(メタ)アクリレートと含む樹脂組成物を用いることにより、長時間のエージング工程を設けなくても、複数の部材間を強固に接着できることが明らかとなった。さらに、当該樹脂組成物を用いて基材層と金属層と接着することにより、基材層と金属層とが強固に接着され、耐湿熱性に優れた電池用包装材料が得られることも明らかとなった。本発明は、これらの知見に基づいて、さらに検討を重ねることにより完成された発明である。
すなわち、本発明は、下記に掲げる態様の樹脂組成物、当該樹脂組成物を用いて基材層と金属層とを接着した電池用包装材料、及びこれらの製造方法を提供する。
項1. (1)ウレタン(メタ)アクリレートと、
(2)リン酸基を有する(メタ)アクリレート、(メタ)アクリル系シランカップリング剤、及びイソシアネート基を有する(メタ)アクリレートからなる群から選択された少なくとも1種と、
(3)エポキシ(メタ)アクリレートと、
を含む樹脂組成物。
項2. 前記樹脂組成物中において、前記(1)ウレタン(メタ)アクリレートと、前記(2)リン酸基を有する(メタ)アクリレート、(メタ)アクリル系シランカップリング剤、及びイソシアネート基を有する(メタ)アクリレートからなる群から選択された少なくとも1種並びに(3)エポキシ(メタ)アクリレートの合計との質量比((1):(2)+(3))が、99.8:0.2〜80:20の範囲にある、項1に記載の樹脂組成物。
項3. 加熱または電離放射線照射により硬化する、項1または2に記載の樹脂組成物。
項4. 項1〜3のいずれかに記載の樹脂組成物を硬化してなる、硬化樹脂組成物。
項5. 少なくとも、基材層と、接着層と、金属層と、シーラント層とがこの順に積層された積層体からなり、前記接着層は、項1〜3のいずれかに記載の樹脂組成物の硬化物により形成されてなる、電池用包装材料。
項6. 少なくとも、基材層と、接着層と、金属層と、シーラント層とをこの順に積層して積層体を得る工程を備える電池用包装材料の製造方法であって、
前記工程において、(1)ウレタン(メタ)アクリレートと、(2)リン酸基を有する(メタ)アクリレート、(メタ)アクリル系シランカップリング剤、及びイソシアネート基を有する(メタ)アクリレートからなる群から選択された少なくとも1種と、(3)エポキシ(メタ)アクリレートとを含む樹脂組成物を硬化させることにより前記接着層を形成する、電池用包装材料の製造方法。
項7. 少なくとも、基材層と、接着層と、金属層と、シーラント層とがこの順に積層された積層体からなる電池用包装材料の前記接着層への、項1〜3のいずれかに記載の樹脂組成物の硬化物の使用。
項8. 少なくとも、基材層と、接着層と、金属層と、シーラント層とがこの順に積層された積層体からなり、前記接着層が、項1〜3のいずれかに記載の樹脂組成物の硬化物により形成されてなる包装材料の、電池の製造のための使用。
項1. (1)ウレタン(メタ)アクリレートと、
(2)リン酸基を有する(メタ)アクリレート、(メタ)アクリル系シランカップリング剤、及びイソシアネート基を有する(メタ)アクリレートからなる群から選択された少なくとも1種と、
(3)エポキシ(メタ)アクリレートと、
を含む樹脂組成物。
項2. 前記樹脂組成物中において、前記(1)ウレタン(メタ)アクリレートと、前記(2)リン酸基を有する(メタ)アクリレート、(メタ)アクリル系シランカップリング剤、及びイソシアネート基を有する(メタ)アクリレートからなる群から選択された少なくとも1種並びに(3)エポキシ(メタ)アクリレートの合計との質量比((1):(2)+(3))が、99.8:0.2〜80:20の範囲にある、項1に記載の樹脂組成物。
項3. 加熱または電離放射線照射により硬化する、項1または2に記載の樹脂組成物。
項4. 項1〜3のいずれかに記載の樹脂組成物を硬化してなる、硬化樹脂組成物。
項5. 少なくとも、基材層と、接着層と、金属層と、シーラント層とがこの順に積層された積層体からなり、前記接着層は、項1〜3のいずれかに記載の樹脂組成物の硬化物により形成されてなる、電池用包装材料。
項6. 少なくとも、基材層と、接着層と、金属層と、シーラント層とをこの順に積層して積層体を得る工程を備える電池用包装材料の製造方法であって、
前記工程において、(1)ウレタン(メタ)アクリレートと、(2)リン酸基を有する(メタ)アクリレート、(メタ)アクリル系シランカップリング剤、及びイソシアネート基を有する(メタ)アクリレートからなる群から選択された少なくとも1種と、(3)エポキシ(メタ)アクリレートとを含む樹脂組成物を硬化させることにより前記接着層を形成する、電池用包装材料の製造方法。
項7. 少なくとも、基材層と、接着層と、金属層と、シーラント層とがこの順に積層された積層体からなる電池用包装材料の前記接着層への、項1〜3のいずれかに記載の樹脂組成物の硬化物の使用。
項8. 少なくとも、基材層と、接着層と、金属層と、シーラント層とがこの順に積層された積層体からなり、前記接着層が、項1〜3のいずれかに記載の樹脂組成物の硬化物により形成されてなる包装材料の、電池の製造のための使用。
本発明によれば、複数の部材間を短時間で強固に接着することができる樹脂組成物を提供することができる。また、本発明によれば、当該樹脂組成物を硬化してなる硬化樹脂組成物を提供することができる。さらに、本発明によれば、長時間のエージング工程を設けなくても、当該樹脂組成物を用いて基材層と金属層とが強固に接着され、耐湿熱性にも優れた電池用包装材料を提供することができる。すなわち、本発明の電池用包装材料によれば、湿熱環境下に置かれた場合にも、基材層と金属層とが本発明の樹脂組成物の硬化物によって強固に接着され、基材層と金属層との剥がれが生じ難い。
本発明の樹脂組成物は、(1)ウレタン(メタ)アクリレートと、(2)リン酸基を有する(メタ)アクリレート、(メタ)アクリル系シランカップリング剤、及びイソシアネート基を有する(メタ)アクリレートからなる群から選択された少なくとも1種と、(3)エポキシ(メタ)アクリレートとを含むことを特徴とする。以下、本発明の樹脂組成物、当該樹脂組成物を用いて基材層と金属層とを接着した電池用包装材料、及びその製造方法について詳述する。
1.樹脂組成物
本発明の樹脂組成物は、(1)ウレタン(メタ)アクリレートと、(2)リン酸基を有する(メタ)アクリレート、(メタ)アクリル系シランカップリング剤、及びイソシアネート基を有する(メタ)アクリレートからなる群から選択された少なくとも1種と、(3)エポキシ(メタ)アクリレートとを含む。なお、本発明において、ウレタン(メタ)アクリレートとは、ウレタンアクリレート及びウレタンメタアクリレートの総称である。(メタ)アクリレートなどの(メタ)を含む化合物なども同様に、名称中に「メタ」を有する化合物と「メタ」を有さない化合物の総称である。
本発明の樹脂組成物は、(1)ウレタン(メタ)アクリレートと、(2)リン酸基を有する(メタ)アクリレート、(メタ)アクリル系シランカップリング剤、及びイソシアネート基を有する(メタ)アクリレートからなる群から選択された少なくとも1種と、(3)エポキシ(メタ)アクリレートとを含む。なお、本発明において、ウレタン(メタ)アクリレートとは、ウレタンアクリレート及びウレタンメタアクリレートの総称である。(メタ)アクリレートなどの(メタ)を含む化合物なども同様に、名称中に「メタ」を有する化合物と「メタ」を有さない化合物の総称である。
ウレタン(メタ)アクリレートは、分子内に1個以上の(メタ)アクリロイル基と1個以上のウレタン結合とを有する化合物であれば、特に限定されない。本発明のウレタン(メタ)アクリレートは、例えば、ポリエーテルポリオールやポリエステルポリオールなどの多価アルコールとポリイソシアネートとの反応によって得られるポリウレタンオリゴマーを、(メタ)アクリル酸でエステル化して得られる化合物である。
ウレタン(メタ)アクリレートの分子中にある(メタ)アクリロイル基の数は、特に限定されないが、樹脂組成物の硬化速度をより高くし、部材間の接着をより強固にする観点からは、例えば2個以上であることが好ましく、2個〜6個であることがより好ましく、2個〜4個であることがさらに好ましい。(メタ)アクリロイル基の数が1個の場合は、樹脂組成物の硬化速度が遅いため、実用性が低くなる場合がある。また、(メタ)アクリロイル基の数が6個を超える場合には、架橋数が多くなり、樹脂組成物の硬化物(硬化樹脂組成物)が硬くなりすぎて接着強度が弱くなる場合がある。
ウレタン(メタ)アクリレートの重量平均分子量は、特に限定されないが、樹脂組成物の硬化速度をより高め、部材間の接着をより強固にしつつ、さらに接着された部材の成形性をより高める観点からは、例えば6,000〜15,000程度の範囲にあることが好ましく、8,000〜13,000程度の範囲にあることがより好ましい。ウレタン(メタ)アクリレートの重量平均分子量が6,000未満の場合、樹脂組成物の硬化物が硬くなりすぎて接着強度が弱くなる場合がある。また、ウレタン(メタ)アクリレートの重量平均分子量が15,000を超える場合、樹脂組成物の硬化物が柔らかくなりすぎて接着強度が弱くなる場合がある。なお、ウレタン(メタ)アクリレートの重量平均分子量は、標準サンプルとしてポリスチレンを用いたゲル浸透クロマトグラフィ(GPC)により測定された値である。
ウレタン(メタ)アクリレートが(メタ)アクリロイル基を2個以上有する場合、ウレタン(メタ)アクリレートの見掛け架橋点間分子量は、特に限定されないが、例えば2,000〜15,000程度の範囲にあることが好ましく、3,000〜15,000程度の範囲にあることがより好ましい。本発明においては、上記のような重量平均分子量と(メタ)アクリロイル基の数とを有するウレタン(メタ)アクリレートを用いることにより、樹脂組成物の硬化速度をより高め、部材間の接着をより強固にしつつ、さらに接着された部材の成形性を高めることができるが、さらにウレタン(メタ)アクリレートの見掛け架橋点間分子量がこのような範囲にあることにより、これらの効果をさらに高め得る。ウレタン(メタ)アクリレートの見掛け架橋点間分子量が2,000未満の場合、樹脂組成物の硬化物が硬くなりすぎて接着強度が弱くなる場合がある。また、ウレタン(メタ)アクリレートの見掛け架橋点間分子量が15,000を超える場合、樹脂組成物の硬化物が柔らかくなりすぎて接着強度が弱くなる場合がある。
ここで、見掛け架橋点間分子量(Y)は、下記式に従って算出される値である。
Y=(M÷X)×2
M:ウレタン(メタ)アクリレートの数平均分子量
X:(メタ)アクリロイル基の数
Y=(M÷X)×2
M:ウレタン(メタ)アクリレートの数平均分子量
X:(メタ)アクリロイル基の数
本発明における見掛け架橋点分子量は、ウレタン(メタ)アクリレートの分子中の(メタ)アクリロイル基間の分子量を意味する。なお、ウレタン(メタ)アクリレートの数平均分子量は、標準サンプルとしてポリスチレンを用いたゲル浸透クロマトグラフィ(GPC)により測定された値である。(メタ)アクリレートの見掛け架橋点間分子量は、ウレタン(メタ)アクリレートの数平均分子量と(メタ)アクリロイル基の数を勘案して適宜選定することができる。
ウレタン(メタ)アクリレートは、公知の方法で製造することができ、市販品を使用することもできる。ウレタン(メタ)アクリレートは、1種類のみを用いてもよいし、2種類以上を用いてもよい。
リン酸基を有する(メタ)アクリレートは、分子内にリン酸基と(メタ)アクリロイル基とを有する化合物であれば、特に限定されない。リン酸基を有する(メタ)アクリレートは、分子内に(メタ)アクリロイル基を有するため、ウレタン(メタ)アクリレートの(メタ)アクリロイル基と反応して、樹脂組成物を硬化させる硬化剤として機能する。リン酸基を有する(メタ)アクリレートとしては、例えば、2−アクリロイルオキシエチルアシッドフォスフェート、2−アクリロイルオキシブチルアシッドフォスフェートなどの(メタ)アクリレートのリン酸エステルなどが挙げられる。リン酸基を有する(メタ)アクリレートは、公知の方法で製造したものを用いることができ、市販品を用いることもできる。リン酸基を有する(メタ)アクリレートは、1種類のみを用いてもよいし、2種類以上を用いてもよい。
(メタ)アクリル系シランカップリング剤は、分子内に(メタ)アクリロイル基を有するシランカップリング剤であれば、特に限定されない。(メタ)アクリル系シランカップリング剤は、分子内に(メタ)アクリロイル基を有するため、ウレタン(メタ)アクリレートの(メタ)アクリロイル基と反応して、樹脂組成物を硬化させる硬化剤として機能する。(メタ)アクリル系シランカップリング剤としては、例えば、3−アクリロキシプロピルトリメトキシシラン、3−アクリロキシプロピルトリエトキシシラン、3−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、3−メタクリロキシプロピルメチルジメトキシシラン、3−メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン、3−メタクリロキシプロピルエチルジエトキシシランなどの分子内にアルコキシシリル基と(メタ)アクリロイル基とを有するシランカップリング剤などを用いることができる。(メタ)アクリル系シランカップリング剤は、公知の方法で製造したものを用いることができ、市販品を用いることもできる。(メタ)アクリル系シランカップリング剤は、1種類のみを用いてもよいし、2種類以上を用いてもよい。
イソシアネート基を有する(メタ)アクリレートは、分子内にイソシアネート基と(メタ)アクリロイル基とを有する化合物であれば、特に限定されない。イソシアネート基を有する(メタ)アクリレートは、分子内に(メタ)アクリロイル基を有するため、ウレタン(メタ)アクリレートの(メタ)アクリロイル基と反応して、樹脂組成物を硬化させる硬化剤として機能する。本発明において、イソシアネート基を有する(メタ)アクリレートとしては、例えば、2−イソシアナトエチルアクリラート、2−(2−メタアクリロイルオキシエチルオキシ)エチルイソシアネートなどの(メタ)アクリル酸と水酸基含有イソシアネート化合物とのエステル化物などを用いることができる。イソシアネート基を有する(メタ)アクリレートは、公知の方法で製造したものを用いることができ、市販品を用いることもできる。イソシアネート基を有する(メタ)アクリレートは、1種類のみを用いてもよいし、2種類以上を用いてもよい。
エポキシ(メタ)アクリレートは、特に限定されない。エポキシ(メタ)アクリレートの(メタ)アクリロイル基は、ウレタン(メタ)アクリレートの(メタ)アクリロイル基と反応して、樹脂組成物を硬化させる硬化剤として機能する。本発明において、エポキシ(メタ)アクリレートとしては、例えば、ビスフェノールA型エポキシアクリレート、4−ヒドロキシブチルアクリレートグリシジルエーテルなどを用いることができる。エポキシ(メタ)アクリレートは、公知の方法で製造したものを用いることができ、市販品を用いることもできる。エポキシ(メタ)アクリレートは、1種類のみを用いてもよいし、2種類以上を用いてもよい。
樹脂組成物中において、(1)ウレタン(メタ)アクリレートの質量と、(2)リン酸基を有する(メタ)アクリレート、(メタ)アクリル系シランカップリング剤、及びイソシアネート基を有する(メタ)アクリレートからなる群から選択された少なくとも1種並びに(3)エポキシ(メタ)アクリレートの合計質量との質量比((1):(2)+(3))は、特に限定されないが、例えば99.8:0.2〜80:20の範囲にあることが好ましく、98:2〜90:10の範囲にあることがより好ましい。質量比がこのような範囲にあることにより、複数の部材間を短時間で強固に接着することができる。同様の観点から、ウレタン(メタ)アクリレートと、リン酸基を有する(メタ)アクリレートとの質量比は、99.8:0.2〜80:20の範囲にあることが好ましく、99:1〜90:10の範囲にあることがより好ましい。また、ウレタン(メタ)アクリレートと、(メタ)アクリル系シランカップリング剤との質量比は、99.9:0.1〜95:5の範囲にあることが好ましく、99.8:0.2〜98:2の範囲にあることがより好ましい。また、ウレタン(メタ)アクリレートと、イソシアネート基を有する(メタ)アクリレートとの質量比は、99.8:0.2〜80:20の範囲にあることが好ましく、99:1〜90:10の範囲にあることがより好ましい。さらに、ウレタン(メタ)アクリレートと、エポキシ(メタ)アクリレートとの重量比は、99.8:0.2〜80:20の範囲にあることが好ましく、99:1〜90:10の範囲にあることがより好ましい。
本発明の樹脂組成物は、硬化速度を高くしたり、接着性を高めることなどを目的として、さらに他の樹脂を含んでいてもよい。他の樹脂としては、公知のものを用いることができ、市販品を用いることもできる。他の樹脂としては、特に限定されないが、例えば、アクリル樹脂、エポキシ樹脂などが挙げられる。アクリル樹脂としては、例えば、アクリル樹脂アクリレートなどを用いることができる。エポキシ樹脂としては、例えば、グリシジルエーテル型エポキシ樹脂などを用いることができる。
樹脂組成物が他の樹脂を含む場合、ウレタン(メタ)アクリレートと、他の樹脂との質量比は、特に限定されないが、99:1〜70:30の範囲にあることが好ましく、95:5〜80:20の範囲にあることがより好ましい。質量比がこのような範囲にあることにより、樹脂組成物の硬化速度をより高め、部材間の接着をより強固にすることができる。
本発明の樹脂組成物を硬化させる方法は、特に限定されないが、例えば、加熱または電離放射線照射が好ましく、電離放射線照射がより好ましい。ここで電離放射線とは、電磁波又は荷電粒子線のうち、分子を重合あるいは架橋しうるエネルギー量子を有するものを意味し、通常紫外線(UV)又は電子線(EB)が用いられるが、その他、X線、γ線等の電磁波、α線、イオン線等の荷電粒子線も含まれる。電離放射線照射を用いることにより、樹脂組成物に熱履歴を与えず、短時間で均一に硬化させることができる。
樹脂組成物の硬化条件は、ウレタン(メタ)アクリレートや、接着しようとする部材の種類などに応じて適宜設定することができる。樹脂組成物を加熱により硬化させる場合の加熱温度は、特に限定されないが、通常30℃〜70℃程度、好ましくは35℃〜45℃程度とすることができる。加熱時間は、特に限定されないが、通常24時間〜120時間程度、好ましくは48時間〜72時間程度とすることができる。樹脂組成物を電離放射線により硬化させる場合、電離放射線としては、特に限定されないが、例えば紫外線、電子線などを用いることができ、電子線が好ましい。電離放射線の照射条件は、通常25kGy〜200kGy程度、好ましくは30kGy〜100kGy程度とすることができる。
本発明の樹脂組成物は、2つ以上の部材間を接着する接着剤として利用できる。本発明の樹脂組成物を上記のような硬化条件で硬化させることにより、硬化樹脂組成物となり、複数の部材間を短時間で強固に接着することができる。本発明の樹脂組成物によって接着する部材の種類、形状などに特に制限はなく、適宜選択することができる。接着する部材の種類としては、例えば、樹脂、金属などが挙げられる。また、接着する部材の形状としては、板状、フィルム状などが挙げられる。また、本発明の樹脂組成物の厚みも、接着する部材の種類や形状などによって適宜設定することができるが、通常2μm〜15μm程度、好ましくは3μm〜8μm程度である。
本発明の樹脂組成物は、特に積層フィルムのフィルム間を接着する接着剤として好適に使用することができる。例えば、本発明の樹脂組成物を用いて2つのフィルムを積層する場合、少なくとも一方のフィルムに上記の樹脂組成物を塗布し、他方のフィルムを、ドライラミネート法などを用いて積層し、さらに樹脂組成物に電離放射線を照射するなどして樹脂組成物を硬化させることにより積層フィルムを製造することができる。本発明の樹脂組成物は、樹脂と樹脂といった同種材料間だけでなく、樹脂と金属といった異種材料間についても短時間で強固に接着できるため、特に積層フィルムの基材層と金属層との接着に好適に使用することができる。本発明の樹脂組成物が接着剤として好適に使用できる積層フィルムの具体例としては、電池用包装材料が挙げられる。以下、本発明の樹脂組成物を用いて製造される電池用包装材料の構成について詳述する。
2.電池用包装材料
本発明の電池用包装材料は、図1に示されるように、少なくとも、基材層1、上記の樹脂組成物の硬化物により形成された接着層2、金属層3、及びシーラント層4がこの順に積層された積層体からなることを特徴とする。電池用包装材料において、基材層1が最外層となり、シーラント層4は最内層になる。すなわち、電池の組み立て時に、電池用包装材料のシーラント層4が電池の内側となるようにして、電池用包装材料で電池素子を包み込み、電池素子の周縁に位置するシーラント層4同士を熱溶着して電池素子を密封することにより、電池素子が封止される。
本発明の電池用包装材料は、図1に示されるように、少なくとも、基材層1、上記の樹脂組成物の硬化物により形成された接着層2、金属層3、及びシーラント層4がこの順に積層された積層体からなることを特徴とする。電池用包装材料において、基材層1が最外層となり、シーラント層4は最内層になる。すなわち、電池の組み立て時に、電池用包装材料のシーラント層4が電池の内側となるようにして、電池用包装材料で電池素子を包み込み、電池素子の周縁に位置するシーラント層4同士を熱溶着して電池素子を密封することにより、電池素子が封止される。
本発明の電池用包装材料は、少なくとも、基材層1、接着層2、金属層3、及びシーラント層4を備えていればよく、さらに他の層を有していてもよい。例えば、本発明の電池用包装材料において、後述の通り、金属層2とシーラント層4との間に、これらの接着性をさらに高める目的で、必要に応じて接着層5が設けられていてもよい。さらに、基材層1の外側には、例えば意匠性を付与することなどを目的として、他の層がさらに形成されていてもよい。
3.電池用包装材料を形成する各層の組成
[基材層1]
本発明の電池用包装材料において、基材層1は、電池を組み立てた時に、最外層を構成する層である。基材層1を形成する素材は、絶縁性を備えるものであれば特に制限されない。基材層1を形成する素材としては、例えば、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、フッ素樹脂、ポリウレタン樹脂、珪素樹脂、フェノール樹脂、及びこれらの混合物や共重合物などの樹脂フィルムが挙げられる。
[基材層1]
本発明の電池用包装材料において、基材層1は、電池を組み立てた時に、最外層を構成する層である。基材層1を形成する素材は、絶縁性を備えるものであれば特に制限されない。基材層1を形成する素材としては、例えば、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、フッ素樹脂、ポリウレタン樹脂、珪素樹脂、フェノール樹脂、及びこれらの混合物や共重合物などの樹脂フィルムが挙げられる。
ポリエステル樹脂としては、具体的には、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリブチレンナフタレート、共重合ポリエステル、ポリカーボネートなどが挙げられる。また、ポリアミド樹脂としては、具体的には、ナイロン6、ナイロン6,6、ナイロン6とナイロン6,6との共重合体、ナイロン6,10、ポリメタキシリレンアジパミド(MXD6)などが挙げられる。基材層1を形成する素材としては、これらの中でも、好ましくはナイロン、ポリエステル、さらに好ましくは2軸延伸ナイロン、2軸延伸ポリエステル、特に好ましくは2軸延伸ナイロンが挙げられる。
基材層1は、1層の樹脂フィルムから形成されていてもよく、2層以上の多層樹脂フィルムから形成されていてもよい。基材層1が多層樹脂フィルムにより形成されている場合には、本発明の電池用包装材料の耐ピンホール性や絶縁性を向上し得る。基材層1を多層の樹脂フィルムで形成する場合、2以上の樹脂フィルムは、例えば、接着剤などを介して積層させることができる。このとき使用される接着剤としては、本発明の樹脂組成物、後述する接着層5を形成する接着剤などが挙げられる。
基材層1の厚みは、特に限定されないが、例えば、10μm〜50μm程度、好ましくは15μm〜30μm程度とすることができる。
[金属層3]
本発明の電池用包装材料において、金属層3は、電池用包装材料の強度向上の他、電池内部に水蒸気、酸素、光などが侵入することを防止するためのバリア層として機能する層である。金属層3を構成する金属としては、特に限定されないが、例えば、アルミニウム、ステンレス、チタンなどが挙げられ、好ましくはアルミニウムが挙げられる。金属層3は、金属箔や金属蒸着などにより形成することができ、金属箔により形成することが好ましく、アルミニウム箔により形成することがさらに好ましい。電池用包装材料の製造時に、金属層3にしわやピンホールが発生することを防止する観点からは、例えば、焼きなまし処理済みのアルミニウム(JIS A803P−O、JIS A8079P−O)など軟質アルミニウム箔により形成することが特に好ましい。
本発明の電池用包装材料において、金属層3は、電池用包装材料の強度向上の他、電池内部に水蒸気、酸素、光などが侵入することを防止するためのバリア層として機能する層である。金属層3を構成する金属としては、特に限定されないが、例えば、アルミニウム、ステンレス、チタンなどが挙げられ、好ましくはアルミニウムが挙げられる。金属層3は、金属箔や金属蒸着などにより形成することができ、金属箔により形成することが好ましく、アルミニウム箔により形成することがさらに好ましい。電池用包装材料の製造時に、金属層3にしわやピンホールが発生することを防止する観点からは、例えば、焼きなまし処理済みのアルミニウム(JIS A803P−O、JIS A8079P−O)など軟質アルミニウム箔により形成することが特に好ましい。
金属層3の厚みは、特に限定されないが、例えば、10μm〜200μm程度、好ましくは20〜100μm程度とすることができる。
また、金属層3は、接着の安定化、溶解や腐食の防止などのために、少なくとも一方の面、好ましくは両面が化成処理されていることが好ましい。ここで、化成処理とは、金属層の表面に耐酸性皮膜を形成する処理をいう。化成処理としては、例えば、硝酸クロム、フッ化クロム、硫酸クロム、酢酸クロム、蓚酸クロム、重リン酸クロム、クロム酸アセチルアセテート、塩化クロム、硫酸カリウムクロムなどのクロム酸化合物を用いたクロム酸クロメート処理;リン酸ナトリウム、リン酸カリウム、リン酸アンモニウム、ポリリン酸などのリン酸化合物を用いたリン酸クロメート処理;下記一般式(1)〜(4)で表される繰り返し単位を有するアミノ化フェノール重合体を用いたクロメート処理などが挙げられる。
一般式(1)〜(4)中、Xは、水素原子、ヒドロキシル基、アルキル基、ヒドロキシアルキル基、アリル基またはベンジル基を示す。また、R1及びR2は、それぞれ同一または異なって、ヒドロキシル基、アルキル基、またはヒドロキシアルキル基を示す。一般式(1)〜(4)において、X、R1及びR2で示されるアルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、イソブチル基、tert−ブチル基などの炭素数1〜4の直鎖または分枝鎖状アルキル基が挙げられる。また、X、R1及びR2で示されるヒドロキシアルキル基としては、例えば、ヒドロキシメチル基、1−ヒドロキシエチル基、2−ヒドロキシエチル基、1−ヒドロキシプロピル基、2−ヒドロキシプロピル基、3−ヒドロキシプロピル基、1−ヒドロキシブチル基、2−ヒドロキシブチル基、3−ヒドロキシブチル基、4−ヒドロキシブチル基などのヒドロキシ基が1個置換された炭素数1〜4の直鎖または分枝鎖状アルキル基が挙げられる。一般式(1)〜(4)において、X、R1及びR2で示されるアルキル基及びヒドロキシアルキル基は、それぞれ同一であってもよいし、異なっていてもよい。一般式(1)〜(4)において、Xは、水素原子、ヒドロキシル基またはヒドロキシアルキル基であることが好ましい。一般式(1)〜(4)で表される繰り返し単位を有するアミノ化フェノール重合体の数平均分子量は、例えば、500〜100万であることが好ましく、1000〜2万程度であることがより好ましい。
また、金属層3に耐食性を付与する化成処理方法として、リン酸中に、酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化セリウム、酸化スズなどの金属酸化物や硫酸バリウムの微粒子を分散させたものをコーティングし、150℃以上で焼付け処理を行うことにより、金属層3の表面に耐食処理層を形成する方法が挙げられる。また、耐食処理層の上には、カチオン性ポリマーを架橋剤で架橋させた樹脂層をさらに形成してもよい。ここで、カチオン性ポリマーとしては、例えば、ポリエチレンイミン、ポリエチレンイミンとカルボン酸を有するポリマーからなるイオン高分子錯体、アクリル主骨格に1級アミンをグラフト重合させた1級アミングラフトアクリル樹脂、ポリアリルアミンまたはその誘導体、アミノフェノールなどが挙げられる。これらのカチオン性ポリマーとしては、1種類のみを用いてもよいし、2種類以上を組み合わせて用いてもよい。また、架橋剤としては、例えば、イソシアネート基、グリシジル基、カルボキシル基、及びオキサゾリン基よりなる群から選ばれた少なくとも1種の官能基を有する化合物、シランカップリング剤などが挙げられる。これらの架橋剤としては、1種類のみを用いてもよいし、2種類以上を組み合わせて用いてもよい。
化成処理は、1種類の化成処理のみを行ってもよいし、2種類以上の化成処理を組み合わせて行ってもよい。さらに、これらの化成処理は、1種の化合物を単独で使用して行ってもよく、また2種以上の化合物を組み合わせて使用して行ってもよい。化成処理の中でも、クロム酸クロメート処理や、クロム酸化合物、リン酸化合物、及びアミノ化フェノール重合体を組み合わせたクロメート処理などが好ましい。
化成処理において金属層3の表面に形成させる耐酸性皮膜の量については、特に制限されないが、例えば、上記のクロメート処理を行う場合であれば、金属層3の表面1m2当たり、クロム酸化合物がクロム換算で約0.5mg〜約50mg、好ましくは約1.0mg〜約40mg、リン化合物がリン換算で約0.5mg〜約50mg、好ましくは約1.0mg〜約40mg、及びアミノ化フェノール重合体が約1mg〜約200mg、好ましくは約5.0mg〜150mgの割合で含有されていることが望ましい。
化成処理は、耐酸性皮膜の形成に使用する化合物を含む溶液を、バーコート法、ロールコート法、グラビアコート法、浸漬法などによって、金属層の表面に塗布した後に、金属層の温度が70℃〜200℃程度になるように加熱することにより行われる。また、金属層に化成処理を施す前に、予め金属層を、アルカリ浸漬法、電解洗浄法、酸洗浄法、電解酸洗浄法などによる脱脂処理に供してもよい。このように脱脂処理を行うことにより、金属層の表面の化成処理をより効率的に行うことが可能となる。
[接着層2]
本発明の電池用包装材料において、接着層2は、基材層1と金属層3とを接着するために、基材層1と金属層3との間に設けられる層である。
本発明の電池用包装材料において、接着層2は、基材層1と金属層3とを接着するために、基材層1と金属層3との間に設けられる層である。
接着層2は、本発明の樹脂組成物の硬化物により形成することができる。樹脂組成物の組成や硬化方法は上記と同様とすることができる。
接着層2の厚みは、特に限定されず、目的とする電池用包装材料の総厚み、強度などによって適宜設定すればよいが、通常2μm〜15μm程度、好ましくは3μm〜8μm程度とすることができる。
本発明の電池用包装材料においては、接着層2が上記特定の樹脂組成物の硬化物により形成されているため、基材層1と基材層3とが強固に接着されており、耐湿熱性にも優れている。
[シーラント層4]
本発明の電池用包装材料において、シーラント層4は、電池を組み立てた時に、本発明の電池用包装材料の最内層を構成する層である。電池の組み立て時に、シーラント層4の表面同士を互いに接触させ、接触した部分を熱溶着して電池素子を密封することができる。
本発明の電池用包装材料において、シーラント層4は、電池を組み立てた時に、本発明の電池用包装材料の最内層を構成する層である。電池の組み立て時に、シーラント層4の表面同士を互いに接触させ、接触した部分を熱溶着して電池素子を密封することができる。
シーラント層4を形成するための樹脂成分は、シーラント層4同士が互いに熱溶着可能となるものであれば、特に限定されない。このような樹脂成分としては、例えば、ポリオレフィン、環状ポリオレフィン、カルボン酸変性ポリオレフィン、カルボン酸変性環状ポリオレフィンなどが挙げられる。
ポリオレフィンとしては、具体的には、低密度ポリエチレン、中密度ポリエチレン、高密度ポリエチレン、線状低密度ポリエチレンなどのポリエチレン;ホモポリプロピレン、ポリプロピレンのブロックコポリマー(例えば、プロピレンとエチレンのブロックコポリマー)、ポリプロピレンのランダムコポリマー(例えば、プロピレンとエチレンのランダムコポリマー)などの結晶性または非晶性のポリプロピレン;エチレン−ブテン−プロピレンのターポリマーなどが挙げられる。これらのポリオレフィンの中でも、ポリエチレン及びポリプロピレンが好ましい。
環状ポリオレフィンは、オレフィンと環状モノマーとの共重合体である。オレフィンとしては、例えば、エチレン、プロピレン、4−メチル−1−ペンテン、スチレン、ブタジエン、イソプレンなどが挙げられる。また、環状モノマーとしては、例えば、ノルボルネンなどの環状アルケン;シクロペンタジエン、ジシクロペンタジエン、シクロヘキサジエン、ノルボルナジエンなどの環状ジエンなどが挙げられる。これらのポリオレフィンの中でも、環状アルケンが好ましく、ノルボルネンがさらに好ましい。
カルボン酸変性ポリオレフィンとは、ポリオレフィンをカルボン酸で変性したポリマーである。変性に使用されるカルボン酸としては、例えば、マレイン酸、アクリル酸、イタコン酸、クロトン酸、無水マレイン酸、無水イタコン酸などが挙げられる。
カルボン酸変性環状ポリオレフィンとは、環状ポリオレフィンを構成するモノマーの一部を、α,β―不飽和カルボン酸またはその無水物に代えて共重合することにより、或いは環状ポリオレフィンに対してα,β―不飽和カルボン酸またはその無水物をブロック重合またはグラフト重合することにより得られるポリマーである。カルボン酸変性される環状ポリオレフィンは、上記の環状ポリオレフィンと同様とすることができる。また、変性に使用されるカルボン酸としては、上記の酸変性シクロオレフィンコポリマーの変性に用いられるものと同様とすることができる。
これらの樹脂成分の中でも、好ましくは結晶性または非晶性のポリオレフィン、環状ポリオレフィン、及びこれらのブレンドポリマー;さらに好ましくはポリエチレン、ポリプロピレン、エチレンとノルボルネンの共重合体、及びこれらの中の2種類以上のブレンドポリマーが挙げられる。
シーラント層4は、1種類の樹脂成分のみから形成されていてもよく、2種類以上の樹脂成分を組み合わせたブレンドポリマーから形成されていてもよい。さらに、シーラント層4は、1層のみで形成されていてもよく、同一または異なる樹脂成分によって2層以上により形成されていてもよい。
シーラント層4の厚みは、特に限定されないが、例えば、2μm〜2000μm程度、好ましくは5μm〜1000μm程度、さらに好ましくは10μm〜500μmとすることができる。
[接着層5]
本発明の電池用包装材料においては、金属層3とシーラント層4とを強固に接着させることなどを目的として、図2に示されるように、金属層3とシーラント層4との間に接着層5をさらに設けてもよい。
本発明の電池用包装材料においては、金属層3とシーラント層4とを強固に接着させることなどを目的として、図2に示されるように、金属層3とシーラント層4との間に接着層5をさらに設けてもよい。
接着層5は、金属層3とシーラント層4とを接着可能な接着剤成分によって形成される。接着層5の形成に使用される接着剤は、特に限定されず、本発明の樹脂組成物であってもよいし、他の接着剤であってもよいが、金属層3とシーラント層4とを短時間で強固に接着する観点からは、本発明の樹脂組成物を用いることが好ましい。他の接着剤を使用する場合、他の接着剤は、2液硬化型接着剤であってもよく、また1液硬化型接着剤であってもよい。また、接着層5の形成に使用される接着剤成分の接着機構についても、特に限定されず、例えば、化学反応型、溶剤揮発型、熱溶融型、熱圧型などが挙げられる。
接着層5の形成に使用できる他の接着剤の接着剤成分の具体的としては、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリブチレンナフタレート、ポリエチレンイソフタレート、ポリカーボネート、共重合ポリエステルなどのポリエステル系樹脂;ポリエーテル系接着剤;ポリウレタン系接着剤;エポキシ系樹脂;フェノール樹脂系樹脂;ナイロン6、ナイロン66、ナイロン12、共重合ポリアミドなどのポリアミド系樹脂;ポリオレフィン、カルボン酸変性ポリオレフィン、金属変性ポリオレフィンなどのポリオレフィン系樹脂、ポリ酢酸ビニル系樹脂;セルロース系接着剤;(メタ)アクリル系樹脂;ポリイミド系樹脂;尿素樹脂、メラミン樹脂などのアミノ樹脂;クロロプレンゴム、ニトリルゴム、スチレン−ブタジエンゴムなどのゴム;シリコーン系樹脂などが挙げられる。これらの接着剤成分は1種類のみを用いてもよく、2種類以上を組み合わせて用いてもよい。
接着層5の厚みは、特に限定されないが、例えば、1μm〜40μm程度とすることが好ましく、2μm〜30μm程度とすることがより好ましい。
4.電池用包装材料の製造方法
本発明の電池用包装材料の製造方法は、所定の組成の各層を積層させた上記の積層体が得られる限り、特に制限されないが、例えば、以下の方法を例示することができる。
本発明の電池用包装材料の製造方法は、所定の組成の各層を積層させた上記の積層体が得られる限り、特に制限されないが、例えば、以下の方法を例示することができる。
少なくとも、基材層1と、接着層2と、金属層3と、シーラント層4とをこの順に積層して積層体を得る。具体的には、まず、基材層1及び金属層3の少なくとも一方に上記の樹脂組成物を含む溶剤を塗布する。溶剤の塗布は、押出し法、グラビアコート法、ロールコート法などの塗布方法を採用することができる。次に、溶剤を乾燥させる。次に、基材層1と金属層3とを貼り合わせて、積層させる。樹脂組成物を介した基材層1と金属層3との積層は、例えばドライラミネート法などにより行うことができる。次に、基材層1と金属層3との間に位置する樹脂組成物に電離放射線照射や、加熱により、樹脂組成物を硬化させて接着層2を形成する。なお、例えば基材層1が透明である場合には、基材層1側から電離放射線照射を照射して樹脂組成物を硬化させることが好ましい。電離放射線照射は、例えば、紫外線照射装置、電子線照射装置などを用いて行うことができる。電離放射線の照射条件は、通常25kGy〜200kGy程度、好ましくは30kGy〜100kGy程度とすることができる。また、加熱は、例えば、熱ロール接触式、熱風式、近または遠赤外線式などの方式により行うことができる。加熱温度は、通常30℃〜70℃程度であり、好ましくは35℃〜45℃程度とすることができる。加熱時間は、通常24時間〜120時間程度、好ましくは48時間〜72時間程度とすることができる。次に、金属層3の基材層1とは反対側の表面上にシーラント層4を積層して、電池用包装材料を得る。本発明の電池用包装材料の製造工程によれば、従来必要とした長時間のエージング工程を行う必要がないため、リードタイムを短くすることができる。なお、本発明の電池用包装材料の製造工程において、エージング工程を行ってもよい。
本発明の電池用包装材料において、積層体を構成する各層には、必要に応じて、製膜性、積層化加工、最終製品2次加工(パウチ化、エンボス成形)適性などを向上または安定化するために、コロナ処理、ブラスト処理、酸化処理、オゾン処理などの表面活性化処理が施されていてもよい。
5.電池用包装材料の用途
本発明の電池用包装材料は、正極、負極、電解質などの電池素子を密封して収容するための包装材料として使用される。
本発明の電池用包装材料は、正極、負極、電解質などの電池素子を密封して収容するための包装材料として使用される。
具体的には、少なくとも、正極、負極、及び電解質を備えた電池素子を、正極及び負極の各々に接続された金属端子が外側に突出させた状態で、電池素子の周縁にフランジ部(シーラント層同士が接触する領域)が形成できるようにして、本発明の電池用包装材料で被覆する。次に、フランジ部のシーラント層同士をヒートシールして密封させることによって、本発明の電池用包装材料で密封された電池が提供される。本発明の電池用包装材料を用いて電池素子を収容する場合、本発明の電池用包装材料のシーラント層4が内側(電池素子と接する面)になるようにして用いられる。
本発明の電池用包装材料は、一次電池、二次電池のいずれにも用いることができるが、特に二次電池に用いることが適している。本発明の電池用包装材料が適用される二次電池の種類としては、特に制限されず、例えば、リチウムイオン電池、リチウムイオンポリマー電池、鉛畜電池、ニッケル・水素畜電池、ニッケル・カドミウム畜電池、ニッケル・鉄畜電池、ニッケル・亜鉛畜電池、酸化銀・亜鉛畜電池、金属空気電池、多価カチオン電池、コンデンサー、キャパシタなどが挙げられる。これらの二次電池の中でも、本発明の電池用包装材料の好適な適用対象として、リチウムイオン電池及びリチウムイオンポリマー電池が挙げられる。
以下に、実施例及び比較例を示して本発明を詳細に説明する。ただし、本発明は、実施例に限定されない。
<実施例1>
アクリロイル基を2つ有するウレタンアクリレート(ダイセル・サイテック社製のEBECRYL9227EA、重量平均分子量6000)と、エポキシアクリレート(ダイセル・サイテック社製のEBECRYL3703)と、リン酸アクリレート(共栄社化学株式会社製のライトアクリレート P−1A(N))とを、80:10:10の質量比(固形分比)で混合して樹脂組成物を得た。
アクリロイル基を2つ有するウレタンアクリレート(ダイセル・サイテック社製のEBECRYL9227EA、重量平均分子量6000)と、エポキシアクリレート(ダイセル・サイテック社製のEBECRYL3703)と、リン酸アクリレート(共栄社化学株式会社製のライトアクリレート P−1A(N))とを、80:10:10の質量比(固形分比)で混合して樹脂組成物を得た。
<実施例2>
リン酸アクリレートの代わりにアクリル系シランカップリング剤(信越化学社製のKBM−5103)を用い、ウレタンアクリレートと、エポキシアクリレートと、アクリル系シランカップリング剤とを、99.7:0.2:0.1の質量比(固形分比)で混合したこと以外は、実施例1と同様にして、樹脂組成物を得た。
リン酸アクリレートの代わりにアクリル系シランカップリング剤(信越化学社製のKBM−5103)を用い、ウレタンアクリレートと、エポキシアクリレートと、アクリル系シランカップリング剤とを、99.7:0.2:0.1の質量比(固形分比)で混合したこと以外は、実施例1と同様にして、樹脂組成物を得た。
<実施例3>
リン酸アクリレートの代わりにイソシアネート基を有するアクリレート(昭和電工社製のカレンズAOI、化合物名:2−イソシアナトエチルアクリレート)を用い、ウレタンアクリレートと、エポキシアクリレートと、イソシアネート基を有するアクリレートとを、90:5:5の質量比(固形分比)で混合したこと以外は、実施例1と同様にして、樹脂組成物を得た。
リン酸アクリレートの代わりにイソシアネート基を有するアクリレート(昭和電工社製のカレンズAOI、化合物名:2−イソシアナトエチルアクリレート)を用い、ウレタンアクリレートと、エポキシアクリレートと、イソシアネート基を有するアクリレートとを、90:5:5の質量比(固形分比)で混合したこと以外は、実施例1と同様にして、樹脂組成物を得た。
<実施例4>
アクリル系シランカップリング剤(信越化学社製のKBM−5103)をさらに混合し、ウレタンアクリレートと、エポキシアクリレートと、リン酸アクリレートと、アクリル系シランカップリング剤とを、80:10:9:1の質量比(固形分比)で混合したこと以外は、実施例1と同様にして、樹脂組成物を得た。
アクリル系シランカップリング剤(信越化学社製のKBM−5103)をさらに混合し、ウレタンアクリレートと、エポキシアクリレートと、リン酸アクリレートと、アクリル系シランカップリング剤とを、80:10:9:1の質量比(固形分比)で混合したこと以外は、実施例1と同様にして、樹脂組成物を得た。
<実施例5>
イソシアネート基を有するアクリレート(昭和電工社製のカレンズAOI、化合物名:2−イソシアナトエチルアクリレート)をさらに混合し、ウレタンアクリレートと、エポキシアクリレートと、リン酸アクリレートと、イソシアネート基を有するアクリレートとを、90:0.5:0.5:9の質量比(固形分比)で混合したこと以外は、実施例1と同様にして、樹脂組成物を得た。
イソシアネート基を有するアクリレート(昭和電工社製のカレンズAOI、化合物名:2−イソシアナトエチルアクリレート)をさらに混合し、ウレタンアクリレートと、エポキシアクリレートと、リン酸アクリレートと、イソシアネート基を有するアクリレートとを、90:0.5:0.5:9の質量比(固形分比)で混合したこと以外は、実施例1と同様にして、樹脂組成物を得た。
<実施例6>
リン酸アクリレートの代わりにアクリル系シランカップリング剤(信越化学社製のKBM−5103)を用い、ウレタンアクリレートと、エポキシアクリレートと、アクリル系シランカップリング剤と、イソシアネート基を有するアクリレートとを、99.5:0.2:0.1:0.2の質量比(固形分比)で混合したこと以外は、実施例5と同様にして、樹脂組成物を得た。
リン酸アクリレートの代わりにアクリル系シランカップリング剤(信越化学社製のKBM−5103)を用い、ウレタンアクリレートと、エポキシアクリレートと、アクリル系シランカップリング剤と、イソシアネート基を有するアクリレートとを、99.5:0.2:0.1:0.2の質量比(固形分比)で混合したこと以外は、実施例5と同様にして、樹脂組成物を得た。
<実施例7>
イソシアネート基を有するアクリレート(昭和電工社製のカレンズAOI、化合物名:2−イソシアナトエチルアクリレート)をさらに混合し、ウレタンアクリレートと、エポキシアクリレートと、リン酸アクリレートと、アクリル系シランカップリング剤と、イソシアネート基を有するアクリレートとを、80:19.5:0.2:0.1:0.2の質量比(固形分比)で混合したこと以外は、実施例4と同様にして、樹脂組成物を得た。
イソシアネート基を有するアクリレート(昭和電工社製のカレンズAOI、化合物名:2−イソシアナトエチルアクリレート)をさらに混合し、ウレタンアクリレートと、エポキシアクリレートと、リン酸アクリレートと、アクリル系シランカップリング剤と、イソシアネート基を有するアクリレートとを、80:19.5:0.2:0.1:0.2の質量比(固形分比)で混合したこと以外は、実施例4と同様にして、樹脂組成物を得た。
<比較例1>
エポキシアクリレートとリン酸アクリレートを用いなかったこと以外は、実施例1と同様にして、樹脂組成物を得た。
エポキシアクリレートとリン酸アクリレートを用いなかったこと以外は、実施例1と同様にして、樹脂組成物を得た。
<比較例2>
リン酸アクリレートを用いず、ウレタンアクリレートと、エポキシアクリレートとを、90:10の質量比(固形分比)で混合したこと以外は、実施例1と同様にして、樹脂組成物を得た。
リン酸アクリレートを用いず、ウレタンアクリレートと、エポキシアクリレートとを、90:10の質量比(固形分比)で混合したこと以外は、実施例1と同様にして、樹脂組成物を得た。
<比較例3>
エポキシアクリレートを用いず、ウレタンアクリレートと、リン酸アクリレートとを、80:20の質量比(固形分比)で混合したこと以外は、実施例1と同様にして、樹脂組成物を得た。
エポキシアクリレートを用いず、ウレタンアクリレートと、リン酸アクリレートとを、80:20の質量比(固形分比)で混合したこと以外は、実施例1と同様にして、樹脂組成物を得た。
<比較例4>
エポキシアクリレートを用いず、ウレタンアクリレートと、アクリル系シランカップリング剤とを、99.8:0.2の質量比(固形分比)で混合したこと以外は、実施例1と同様にして、樹脂組成物を得た。
エポキシアクリレートを用いず、ウレタンアクリレートと、アクリル系シランカップリング剤とを、99.8:0.2の質量比(固形分比)で混合したこと以外は、実施例1と同様にして、樹脂組成物を得た。
<比較例5>
エポキシアクリレートを用いず、ウレタンアクリレートと、イソシアネート基を有するアクリレートとを、99.5:0.5の質量比(固形分比)で混合したこと以外は、実施例1と同様にして、樹脂組成物を得た。
エポキシアクリレートを用いず、ウレタンアクリレートと、イソシアネート基を有するアクリレートとを、99.5:0.5の質量比(固形分比)で混合したこと以外は、実施例1と同様にして、樹脂組成物を得た。
<比較例6>
エポキシアクリレートを用いず、ウレタンアクリレートと、リン酸アクリレートと、アクリル系シランカップリング剤とを、80:10:10の質量比(固形分比)で混合したこと以外は、実施例4と同様にして、樹脂組成物を得た。
エポキシアクリレートを用いず、ウレタンアクリレートと、リン酸アクリレートと、アクリル系シランカップリング剤とを、80:10:10の質量比(固形分比)で混合したこと以外は、実施例4と同様にして、樹脂組成物を得た。
<比較例7>
エポキシアクリレートを用いず、ウレタンアクリレートと、リン酸アクリレートと、イソシアネート基を有するアクリレートとを、90:5:5の質量比(固形分比)で混合したこと以外は、実施例5と同様にして、樹脂組成物を得た。
エポキシアクリレートを用いず、ウレタンアクリレートと、リン酸アクリレートと、イソシアネート基を有するアクリレートとを、90:5:5の質量比(固形分比)で混合したこと以外は、実施例5と同様にして、樹脂組成物を得た。
<比較例8>
エポキシアクリレートを用いず、ウレタンアクリレートと、アクリル系シランカップリング剤と、イソシアネート基を有するアクリレートとを、94.5:0.5:5の質量比(固形分比)で混合したこと以外は、実施例6と同様にして、樹脂組成物を得た。
エポキシアクリレートを用いず、ウレタンアクリレートと、アクリル系シランカップリング剤と、イソシアネート基を有するアクリレートとを、94.5:0.5:5の質量比(固形分比)で混合したこと以外は、実施例6と同様にして、樹脂組成物を得た。
<比較例9>
エポキシアクリレートを用いず、ウレタンアクリレートと、リン酸アクリレートと、アクリル系シランカップリング剤と、イソシアネート基を有するアクリレートとを、90:0.5:0.5:9の質量比(固形分比)で混合したこと以外は、実施例7と同様にして、樹脂組成物を得た。
エポキシアクリレートを用いず、ウレタンアクリレートと、リン酸アクリレートと、アクリル系シランカップリング剤と、イソシアネート基を有するアクリレートとを、90:0.5:0.5:9の質量比(固形分比)で混合したこと以外は、実施例7と同様にして、樹脂組成物を得た。
[積層体の製造例]
金属層を形成するアルミニウム箔として、軟質アルミニウム((JIS H4160 A8021H−O)からなるアルミニウム箔(厚さ40μm)の両面を化成処理したものを用いた。アルミニウム箔の化成処理は、フェノール樹脂、フッ化クロム化合物、及びリン酸からなる処理液をロールコート法により金属層の両面に塗布し、皮膜温度が180℃以上となる条件で20秒間焼付けすることにより行った。次に、化成処理を行ったアルミニウム箔の一方の表面上に、実施例1〜7及び比較例1〜9で得られた樹脂組成物を、4μmの厚みとなるようにして、それぞれ塗布した。次に、樹脂組成物の層の上から基材層を形成する延伸ナイロンフィルムをドライラミネート法により貼り合わせた。なお、ドライラミネート法における乾燥温度は60℃とした。次に、延伸ナイロンフィルムの上から、電子線照射装置(加速電圧120kV、照射線量50kGy)を用いて電子線を照射し、樹脂組成物を硬化させた。次に、金属層の上から、カルボン酸変性ポリプロピレン系樹脂層(厚さ23μm)とホモポリプロピレン樹脂層(厚さ23μm)の2層からなるシーラント層を積層し、共押出加工により金属層とシーラント層とを接着させ、実施例1〜7及び比較例1〜9の樹脂組成物を用いた積層体を得た。なお、シーラント層の酸変性ポリプロピレン系樹脂層が金属側となるように積層させた。
金属層を形成するアルミニウム箔として、軟質アルミニウム((JIS H4160 A8021H−O)からなるアルミニウム箔(厚さ40μm)の両面を化成処理したものを用いた。アルミニウム箔の化成処理は、フェノール樹脂、フッ化クロム化合物、及びリン酸からなる処理液をロールコート法により金属層の両面に塗布し、皮膜温度が180℃以上となる条件で20秒間焼付けすることにより行った。次に、化成処理を行ったアルミニウム箔の一方の表面上に、実施例1〜7及び比較例1〜9で得られた樹脂組成物を、4μmの厚みとなるようにして、それぞれ塗布した。次に、樹脂組成物の層の上から基材層を形成する延伸ナイロンフィルムをドライラミネート法により貼り合わせた。なお、ドライラミネート法における乾燥温度は60℃とした。次に、延伸ナイロンフィルムの上から、電子線照射装置(加速電圧120kV、照射線量50kGy)を用いて電子線を照射し、樹脂組成物を硬化させた。次に、金属層の上から、カルボン酸変性ポリプロピレン系樹脂層(厚さ23μm)とホモポリプロピレン樹脂層(厚さ23μm)の2層からなるシーラント層を積層し、共押出加工により金属層とシーラント層とを接着させ、実施例1〜7及び比較例1〜9の樹脂組成物を用いた積層体を得た。なお、シーラント層の酸変性ポリプロピレン系樹脂層が金属側となるように積層させた。
[接着性評価試験]
実施例1〜7及び比較例1〜9の樹脂組成物を用いて得られた上記の積層体について、それぞれ15mm巾の短冊状に切り取り試験片を得た。次に、得られた試験片の延伸ナイロンフィルムとアルミニウム箔とを引張り機(島津製作所製の商品名AGS−50D)を用いて、50mm/分の速度で引張り、積層体の剥離強度(N/15mm)を測定した。結果を表1に示す。
実施例1〜7及び比較例1〜9の樹脂組成物を用いて得られた上記の積層体について、それぞれ15mm巾の短冊状に切り取り試験片を得た。次に、得られた試験片の延伸ナイロンフィルムとアルミニウム箔とを引張り機(島津製作所製の商品名AGS−50D)を用いて、50mm/分の速度で引張り、積層体の剥離強度(N/15mm)を測定した。結果を表1に示す。
[耐湿熱性評価試験]
実施例1〜7及び比較例1〜9の樹脂組成物を用いて得られた上記の積層体について、それぞれ80mm×120mmのサイズに裁断して試験片を得た。次に、30mm×50mm口径のメス型の成形金型とこれに対応したオス型の成形金型を用いて、得られた試験片に6.0mmの深さの凹部が形成されるように冷間成形した。次に、成形した積層体を温度65℃、湿度90%の環境下において、48時間静置し、目視にて積層体の層間の剥がれを評価した。積層体の層間に剥がれが無かったものを耐湿熱性が良好(○)、剥がれがあったものを耐湿熱性が悪い(×)と評価した。結果を表1に示す。
実施例1〜7及び比較例1〜9の樹脂組成物を用いて得られた上記の積層体について、それぞれ80mm×120mmのサイズに裁断して試験片を得た。次に、30mm×50mm口径のメス型の成形金型とこれに対応したオス型の成形金型を用いて、得られた試験片に6.0mmの深さの凹部が形成されるように冷間成形した。次に、成形した積層体を温度65℃、湿度90%の環境下において、48時間静置し、目視にて積層体の層間の剥がれを評価した。積層体の層間に剥がれが無かったものを耐湿熱性が良好(○)、剥がれがあったものを耐湿熱性が悪い(×)と評価した。結果を表1に示す。
表1から明らかなように、(1)ウレタンアクリレートと、(2)リン酸アクリレート、アクリル系シランカップリング剤、及びイソシアネート基を有するアクリレートの少なくとも1種と、(3)エポキシアクリレートとを用いた実施例1〜7の樹脂組成物を使用した積層体では、積層体の接着性が大きく、かつ、耐湿熱性についても優れることが明らかとなった。これに対して、(1)を含むが、(2)及び(3)のうち少なくとも一方を含まない比較例1〜9の樹脂組成物を使用した積層体では、接着性評価及び耐熱性評価のいずれか一方が劣ることが明らかとなった。
1…基材層
2…接着層
3…金属層
4…シーラント層
5…接着層
2…接着層
3…金属層
4…シーラント層
5…接着層
Claims (6)
- 少なくとも、基材層と、接着層と、金属層と、シーラント層とがこの順に積層された積層体からなり、前記接着層は、
(1)ウレタン(メタ)アクリレートと、
(2)リン酸基を有する(メタ)アクリレート、(メタ)アクリル系シランカップリング剤、及びイソシアネート基を有する(メタ)アクリレートからなる群から選択された少なくとも1種と、
(3)エポキシ(メタ)アクリレートと、
を含む樹脂組成物の硬化物により形成されてなる、電池用包装材料。 - 前記樹脂組成物中において、前記(1)ウレタン(メタ)アクリレートと、前記(2)リン酸基を有する(メタ)アクリレート、(メタ)アクリル系シランカップリング剤、及びイソシアネート基を有する(メタ)アクリレートからなる群から選択された少なくとも1種並びに(3)エポキシ(メタ)アクリレートの合計との質量比((1):(2)+(3))が、99.8:0.2〜80:20の範囲にある、請求項1に記載の電池用包装材料。
- 前記樹脂組成物が、加熱または電離放射線照射により硬化する、請求項1または2に記載の電池用包装材料。
- 少なくとも、基材層と、接着層と、金属層と、シーラント層とをこの順に積層して積層体を得る工程を備える電池用包装材料の製造方法であって、
前記工程において、(1)ウレタン(メタ)アクリレートと、(2)リン酸基を有する(メタ)アクリレート、(メタ)アクリル系シランカップリング剤、及びイソシアネート基を有する(メタ)アクリレートからなる群から選択された少なくとも1種と、(3)エポキシ(メタ)アクリレートとを含む樹脂組成物を硬化させることにより前記接着層を形成する、電池用包装材料の製造方法。 - 少なくとも、基材層と、接着層と、金属層と、シーラント層とがこの順に積層された積層体からなる電池用包装材料の前記接着層への、
(1)ウレタン(メタ)アクリレートと、
(2)リン酸基を有する(メタ)アクリレート、(メタ)アクリル系シランカップリング剤、及びイソシアネート基を有する(メタ)アクリレートからなる群から選択された少なくとも1種と、
(3)エポキシ(メタ)アクリレートと、
を含む樹脂組成物の硬化物の使用。 - 少なくとも、基材層と、接着層と、金属層と、シーラント層とがこの順に積層された積層体からなり、前記接着層が、
(1)ウレタン(メタ)アクリレートと、
(2)リン酸基を有する(メタ)アクリレート、(メタ)アクリル系シランカップリング剤、及びイソシアネート基を有する(メタ)アクリレートからなる群から選択された少なくとも1種と、
(3)エポキシ(メタ)アクリレートと、
を含む樹脂組成物の硬化物により形成されてなる包装材料の、電池の製造のための使用。
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