JP6061127B2 - 非水電解質二次電池セパレータ用微多孔膜の製造方法および非水電解質二次電池セパレータ用樹脂組成物 - Google Patents
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Description
本発明は、融点が220℃以上の熱可塑性樹脂(a)とポリオレフィン(b)とを、前記熱可塑性樹脂(a)とポリオレフィン(b)の合計質量(a+b)に対し前記熱可塑性樹脂(a)を1〜73質量%の範囲、かつポリオレフィン(b)を99〜27質量%の範囲で溶融混練して樹脂組成物(α)を得る工程(1)、を有する。
本発明に用いる熱可塑性樹脂(a)としては、融点が220℃以上の汎用エンジニアリングプラスチックやスーパーエンジニアリングプラスチックなどの熱可塑性樹脂が挙げられ、具体的にはポリアミド6(6−ナイロン)、ポリアミド66(6,6−ナイロン)またはポリアミド12(12−ナイロン)などのポリアミドや、ポリアミド6T(6T−ナイロン、ポリアミド9T(9T−ナイロン)などの芳香族ポリアミドや、ポリカーボネートや、変性ポリフェニレンエーテルや、ポリブチレンテレフタレート、ポリイソブチレンテレフタレート、ポリエチレンテレフタレートまたはポリシクロヘキセンテレフタレートなどのポリエステル樹脂や、ポリフェニレンスルフィドなどのポリアリーレンスルフィドや、非晶ポリアリレートや、ポリサルホンや、ポリエーテルサルフォンや、ポリエーテルエーテルケトンや、ポリアミドイミドや、ポリエーテルイミドや、液晶ポリマー、シンジオタクチックポリスチレン等の融点が220〜390℃の範囲の熱可塑性樹脂が挙げられ、このうち、特にポリアリーレンスルフィドが好ましい。
ポリオレフィン(b)としてはその種類に限定はなく、例えばエチレン、プロピレン、ブテン、メチルペンテン、ヘキセン、オクテン等のモノマーを原料として重合して得られるホモ重合体、共重合体または多段重合体等が挙げられ、また、2種以上の異なるホモ重合体、共重合体または多段重合体を混合して用いることもできる。
本発明は、必要に応じて相溶化剤(c)を使用することができ、これによりポリオレフィン(b)中に高濃度で含有される熱可塑性樹脂(a)の相溶性を向上させることができ好ましい。相溶化剤(c)としては前記熱可塑性樹脂(a)の末端と反応性を有する官能基を有する熱可塑性エラストマー(c1)が挙げられる。さらに、融点が300℃以下であり、室温でゴム弾性を有する熱可塑性エラストマーが好ましい。中でも、耐熱性、混合の容易さの点で、ガラス転移点が−40℃以下の熱可塑性エラストマーが低温でもゴム弾性を有するため好ましい。前記ガラス転移点は、低いほど好ましいが、通常、−180〜−40℃の範囲のものが好ましく、−150〜−40℃の範囲のものが特に好ましい。
本発明は、工程(1)で得られた樹脂組成物(α)と、孔形成剤(d)とを溶融混練して溶融混練物(β)を得る工程(2)、を有する。
孔形成剤(d)としては、公知慣用のものを使用できるが、後述する該シート(γ)を多孔質化する工程(4)において使用する溶媒に対して溶解するものであれば特に限定されることなく、例えば、炭酸カルシウムの微粒子が好ましいが、硫酸マグネシウムの微粒子、酸化カルシウムの微粒子、水酸化カルシウムの微粒子、シリカの微粒子などの無機微粒子や、室温で固体または液体の溶剤を用いることもできる。
工程(2)において、工程(1)で得られた樹脂組成物(α)に対し、さらにポリオレフィン(e)を配合し、希釈することもできる。ポリオレフィン(e)としてはその種類に限定はなく、前記ポリオレフィン(b)と同様のものを用いることができる。
また、ポリオレフィン(e)を配合する場合には、ポリオレフィン(b)およびポリオレフィン(e)のいずれか高い方の融点から前記熱可塑性樹脂(a)の融点未満の温度範囲内で行うが、ポリオレフィン(b)およびポリオレフィン(e)のいずれか高い方の融点プラス10℃以上から前記熱可塑性樹脂(a)の融点マイナス10℃以下の範囲内で行うことが好ましい。
本発明は、前記工程(2)で得られた溶融混練物(β)をシート化してシート(γ)を得る工程(3)、を有する。
本発明は、工程(3)で得られたシート(γ)を多孔質化する工程(4)、を有する。
工程(4)は、該シート(γ)を延伸した後に前記孔形成剤(d)を除去する工程(4a)、前記シート(γ)から前記孔形成剤(d)を除去した後に延伸する工程(4b)、または前記シート(γ)を延伸した後に前記孔形成剤(d)を除去しさらに延伸する工程(4c)である。
乾燥処理としては、加熱乾燥法又は風乾法等により乾燥する方法を挙げることができる。乾燥温度は、ポリオレフィンの結晶分散温度以下の温度であるのが好ましく、特に結晶分散温度より5℃以上低い温度であるのが好ましい。
本発明の好ましい実施態様による微多孔膜は、次の物性を有する。
(1)本発明の製造方法により得られた微多孔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5〜200μmの範囲であればよいが、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。
(2)ガーレー透気度が50〜800s/100mlの範囲である。
(3)シャットダウン温度が、130〜150℃の範囲である。
このような微多孔膜を得るためには、微多孔を形成する前の中間材料であるシート材料として、
(4)200℃における熱収縮率が熱セット前で30%以下、熱セット後で25%以下である。
(5)機械的強度として、例えば、引張強さが20MPa以上である。
(6)シートの膜厚ムラが少なく、熱延伸時の破断を防ぐことができる。
以下の方法で、微多孔膜中間材料(無孔原反)であるシート(γ)の組成分から、孔形成剤(d)分を除いた組成分でシートを調製し、熱収縮率および機械的強度を以下の方法で測定した。これにより、微多孔膜には含まれない孔形成剤(d)の種類や使用量による因子、さらには孔形成剤によって形成される微多孔の形状、密度といった構造的因子に因らない、樹脂組成物(α)自身の樹脂組成に関する性能を評価した。
下記表1に示したポリフェニレンスルフィド樹脂(DIC株式会社製「MA−520」、リニア型、融点280℃、V6溶融粘度150〔Pa・s〕)、ポリオレフィン樹脂−1(プライムポリマー株式会社製「HI−ZEX 5305EP」、MI=0.8(g/10min))と、熱可塑性エラストマー(住友化学株式会社製「ボンドファスト−E」、エチレン/グリシジルメタクリレート(88/12質量%)共重合体)と酸化防止剤(アデカ株式会社製フェノール系酸化防止剤「AO−60」)をタンブラーで均一に混合し、配合材料とした。その後、株式会社日本製鋼所製ベント付き2軸押出機「TEX−30」に前記配合材料を投入し、溶融混練(樹脂成分吐出量20kg/hr、スクリュー回転数350rpm、樹脂成分の吐出量0.057(kg/hr/rpm)の割合で、最大トルク60(A)、設定樹脂温度300℃)して樹脂組成物のペレットを得た。
下記表2に示したポリアリーレンスルフィド樹脂(DIC株式会社製「MA−520」)、ポリオレフィン樹脂−3(プライムポリマー株式会社製「HI−ZEX 5305EP」)と、熱可塑性エラストマー(住友化学株式会社製「ボンドファスト−E」)と酸化防止剤(アデカ株式会社製「AO−60」)とをタンブラーで均一に混合し、配合材料とした。その後、Tダイを取り付けた株式会社日本製鋼所製ベント付き2軸押出機「TEX−30」に投入し、溶融混練(樹脂成分吐出量15kg/hr、スクリュー回転数200rpm、樹脂成分の吐出量0.075(kg/hr/rpm)の割合で、最大トルク60(A))して溶融混練物を調製した。ただし、溶融混練時の設定樹脂温度を比較例2では300℃、比較例3では230℃に設定した。続いて、膜厚0.1mmとなるようTダイ押出成形を行い、80℃に温調された冷却ロールで引き取りながら冷却して、シート試験片を製造した。
実施例1〜4および比較例1〜3で得られたシート試験片を、JIS−K7127「プラスチック−引張特性の試験方法」に準拠し、試験片タイプ5のダンベル形状に打ち抜き、引張強さを測定した。その結果を、表1および表2に示した。
実施例1〜4および比較例1〜3で得られたシート試験片を50mm×50mmに裁断し、JIS−K7133「プラスチック−フィルム及びシート−加熱寸法変化測定方法」に準拠した方法で熱収縮率を測定した。その結果を、表1および表2に示した。
下記表3に示したポリフェニレンスルフィド樹脂(DIC株式会社製「MA−520」)、ポリオレフィン樹脂−1(プライムポリマー株式会社製「HI−ZEX 5305EP」)と、熱可塑性エラストマー(住友化学株式会社製「ボンドファスト−E」)と酸化防止剤(アデカ株式会社製「AO−60」)をタンブラーで均一に混合し、配合材料とした。その後、株式会社日本製鋼所製ベント付き2軸押出機「TEX−30」に前記配合材料を投入し、溶融混練(樹脂成分吐出量20kg/hr、スクリュー回転数350rpm、樹脂成分の吐出量0.057(kg/hr/rpm)の割合で、最大トルク60(A)、設定樹脂温度300℃)して樹脂組成物のペレットを得た。
下記表4に示したポリアリーレンスルフィド樹脂(DIC株式会社製「MA−520」)、ポリオレフィン樹脂−3(プライムポリマー株式会社製「HI−ZEX 5305EP」)と、熱可塑性エラストマー(住友化学株式会社製「ボンドファスト−E」)と酸化防止剤(アデカ株式会社製「AO−60」)と孔形成剤(流動パラフィンおよびフタル酸ビス(2−エチルヘキシル)を等量ずつ配合したもの))をタンブラーで均一に混合し、配合材料とした。その後、Tダイを取り付けた株式会社日本製鋼所製ベント付き2軸押出機「TEX−30」に投入し、溶融混練(樹脂成分吐出量15kg/hr、スクリュー回転数200rpm、樹脂成分の吐出量0.075(kg/hr/rpm)、最大トルク60(A))して溶融混練物を調製した。ただし、溶融混練時の設定樹脂温度を比較例5では300℃、比較例6では230℃に設定した。続いて、膜厚0.1mmとなるようTダイ押出成形を行い、80℃に温調された冷却ロールで引き取りながら冷却して、ゲル状シートを作製した。その際、別途、ゲル状シートの膜厚ムラを下記延伸成功確率による測定方法で評価した。
延伸シートの作成を10回繰り返し行い、その過程(室温から120℃までの加温工程、延伸工程)でシート破れが生じたものを歩留り品(失敗品)として除き、延伸に成功したシート数を、百分率で評価した。
JIS−P8117「紙及び板紙−透気度及び透気抵抗度試験方法(中間領域)−ガーレー法」に準拠し、微多孔膜のガーレー透気度を測定した。その結果を、表3および表4に記載した。
微多孔膜を所定の温度に設定した熱風乾燥機中に1分間さらし、ガーレー値が10000s/100ml以上になる温度をシャットダウン温度とした。その結果を、表3および表4に記載した。
Claims (13)
- 融点が220℃以上の熱可塑性樹脂(a)とポリオレフィン(b)とを、前記熱可塑性樹脂(a)とポリオレフィン(b)の合計質量(a+b)に対し前記熱可塑性樹脂(a)を1〜73質量%の範囲、かつポリオレフィン(b)を99〜27質量%の範囲で、前記熱可塑性樹脂(a)の融点以上で溶融混練して樹脂組成物(α)を得る工程(1)、得られた樹脂組成物(α)と、孔形成剤(d)とを、前記ポリオレフィン(b)の融点から前記熱可塑性樹脂(a)の融点未満の温度範囲内で溶融混練して溶融混練物(β)を得る工程(2)、得られた溶融混練物(β)をシート化してシート(γ)を得る工程(3)、得られたシート(γ)を多孔質化する工程(4)、を有することを特徴とする非水電解質二次電池セパレータ用微多孔膜の製造方法。
- 前記樹脂組成物(α)が、ペレットである請求項1記載の製造方法。
- 前記工程(2)において、前記樹脂組成物(α)と孔形成剤(d)との合計質量(α+d)に対し、前記樹脂組成物(α)が30〜80質量%の範囲、かつ孔形成剤(d)が70〜20質量%の範囲である請求項1または2記載の非水電解質二次電池セパレータ用微多孔膜の製造方法。
- 前記工程(2)において、前記樹脂組成物(α)と孔形成剤(d)に、さらにポリオレフィン(e)を加えて溶融混練し、かつ、前記工程(2)における溶融混練を、ポリオレフィン(b)およびポリオレフィン(e)のいずれか高い方の融点から前記熱可塑性樹脂(a)の融点未満の温度範囲内で行う、請求項1または2記載の非水電解質二次電池セパレータ用微多孔膜の製造方法。
- 前記工程(2)において、前記樹脂組成物(α)中に含まれる前記熱可塑性樹脂(a)とポリオレフィン(b)とポリオレフィン(e)との合計質量(a+b+e)に対し、前記熱可塑性樹脂(a)が1〜73質量%、かつポリオレフィン(b)とポリオレフィン(e)との合計質量(b+e)が99〜27質量%の範囲となるようポリオレフィン(e)を加える請求項4記載の非水電解質二次電池セパレータ用微多孔膜の製造方法。
- 前記工程(4)が、該シート(γ)を延伸した後に孔形成剤(d)を除去する工程(4a)、前記シート(γ)から前記孔形成剤(d)を除去した後に延伸する工程(4b)、または前記シート(γ)を延伸した後に前記孔形成剤(d)を除去しさらに延伸する工程(4c)である請求項1または2記載の非水電解質二次電池セパレータ用微多孔膜の製造方法。
- 前記工程(1)において、前記熱可塑性樹脂(a)とポリオレフィン(b)に、さらに相溶化剤(c)を加えて溶融混練する請求項1または2記載の非水電解質二次電池セパレータ用微多孔膜の製造方法。
- 前記工程(1)において、熱可塑性樹脂(a)とポリオレフィン(b)と相溶化剤(c)との合計質量(a+b+c)に対し、熱可塑性樹脂(a)とポリオレフィン(b)の合計質量(a+b)が90〜97質量%の範囲、かつ相溶化剤(c)が10〜3質量%の範囲となるよう相溶化剤(c)を加える請求項7記載の非水電解質二次電池セパレータ用微多孔膜の製造方法。
- 前記相溶化剤(c)が、前記熱可塑性樹脂(a)と反応性を有する官能基を有する熱可塑性エラストマー(c1)である請求項7または8記載の非水電解質二次電池セパレータ用微多孔膜の製造方法。
- 前記工程(1)において、前記熱可塑性樹脂(a)と前記ポリオレフィン(b)に加え、さらに酸化防止剤を該ポリオレフィン(b)100質量部に対して0.01〜5質量部の範囲で加えて溶融混練する請求項1または2記載の非水電解質二次電池セパレータ用微多孔膜の製造方法。
- 非水電解質二次電池セパレータが単層セパレータである請求項1または2記載の非水電解質二次電池セパレータ用微多孔膜の製造方法。
- 融点が220℃以上の熱可塑性樹脂(a)とポリオレフィン(b)とを溶融混練して得られる非水電解質二次電池セパレータ用樹脂組成物であって、熱可塑性樹脂(a)とポリオレフィン(b)との合計質量(a+b)に対し、前記熱可塑性樹脂(a)が1〜73質量%、かつポリオレフィン(b)が99〜27質量%の範囲であり、さらに前記熱可塑性樹脂(a)の融点以上の温度で溶融混練することを特徴とする非水電解質二次電池セパレータ用樹脂組成物(α)と、
孔形成剤(d)とを、前記ポリオレフィン(b)の融点から前記熱可塑性樹脂(a)の融点未満の温度範囲内で溶融混練して溶融混練物(β)を得る工程(2)、得られた溶融混練物(β)をシート化してシート(γ)を得る工程(3)、得られたシート(γ)を多孔質化する工程(4)、を有することを特徴とする非水電解質二次電池セパレータ用微多孔膜の製造方法。 - 前記樹脂組成物(α)が、ペレットである請求項12記載の製造方法。
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