JP6530941B2 - ホットメルト型接着フィルムの製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、ホットメルト型接着フィルムの製造方法に関する。
従来より使用されている接着剤として、ホットメルト型の接着剤がある。ホットメルト型接着剤は、溶剤を使用しないため環境汚染の問題が少なく、また、冷却固化すれば接着が完了し、初期接着が速い利点がある。
ホットメルト型接着剤としては、例えばリチウムイオン電池用外装材といった多層フィルムからなるシート状物の各層（例えば金属箔層と樹脂シート層）を接着する接着剤層として用いられるホットメルト型接着フィルムがある。
ホットメルト型接着フィルムは、単軸又は二軸のスクリュー方式溶融押出機やニーダー式加熱混練機に代表される通常の熱可塑性樹脂の混合機を用いて主原料となる樹脂を溶融・混練した後、フィルム状に押出し、冷却することによりフィルム状に成型される。
一般的に、ホットメルト型接着フィルムは接着特性を得るために、ベース材となる樹脂に可塑剤等の改質剤を配合している。これらベース材及び改質剤を溶融・混練した後、フィルム状に押し出し、冷却することでホットメルト型接着フィルムとしている。しかし、現状の製造方法では、ベース材及び改質剤からなる原材料をフィルム状に押し出す際に、改質剤であるソフトセグメントが押出し方向に強く配向され、被着体とホットメルト型接着フィルムとの問で十分な接着強度が得られていない。
そこで、本発明は、改質剤の配向性を改善することにより、被着体との接着強度を向上することができるホットメルト型接着フィルムの製造方法を提供することを目的とする。
上述した課題を解決するために、本発明に係るホットメルト型接着フィルムの製造方法は、熱可塑性樹脂をベース材とし、熱可塑性エラストマー樹脂を前記ベース材の改質剤として混合した組成物を加熱混練した後、押出成形を行うことにより、前記ベース材からなる領域に対して、前記改質剤が押出方向に配向されたフィルム成型体を形成し、前記フィルム成型体に対して、前記ベース材及び前記改質剤の融点以上の温度で、熱プレス機を用いた加熱処理を行うものである。
本発明によれば、フィルム成型体にベース材及び改質剤の融点以上の温度で加熱処理を施すことにより、ベース材からなる領域に対して押し出し方向に配向されていた改質剤が凝集し、配向性が緩和、消失する。これにより、本発明は、接着力が向上されたホットメルト型接着フィルムを製造することができる。
以下、本発明が適用されたホットメルト型接着フィルムの製造方法について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変更が可能であることは勿論である。また、図面は模式的なものであり、各寸法の比率等は現実のものとは異なることがある。具体的な寸法等は以下の説明を参酌して判断すべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。
本発明が適用されたホットメルト型接着フィルムの製造方法は、熱可塑性樹脂をベース材とし、熱可塑性エラストマー樹脂をベース材の改質剤として混合した組成物を加熱混練した後、押出成形を行うことにより、熱可塑性樹脂からなる領域に対して、熱可塑性エラストマーが押出方向に配向されたフィルム成型体を形成する工程と、フィルム成型体に対して、熱可塑性樹脂及び熱可塑性エラストマーの融点以上の温度で加熱処理を行う工程とを有する。
本工程により製造されたホットメルト型接着フィルムは、フィルム成型体に対する加熱処理により熱可塑性エラストマーの配向性を緩和又は消失させ、これにより接着強度の向上が図られている。
［ベース材］
ベース材となる熱可塑性樹脂としては、ポリオレフィン樹脂等の熱可塑性接着剤が挙げられ、耐熱性、市場での入手容易性等の点でポリプロピレン樹脂を好適に用いることができる。例えば酸変性ポリオレフィン樹脂は、樹脂フィルムや金属箔等に強固に密着することができる。また、耐薬品性に優れるので、例えばリチウムイオン電池用外装材に用いられた場合に、電解液と水分との反応によって発生したフッ化水素や電解液が存在しても、接着樹脂層が分解劣化して密着性が低下することを抑制できる。
ベース材となる熱可塑性樹脂としては、ポリオレフィン樹脂等の熱可塑性接着剤が挙げられ、耐熱性、市場での入手容易性等の点でポリプロピレン樹脂を好適に用いることができる。例えば酸変性ポリオレフィン樹脂は、樹脂フィルムや金属箔等に強固に密着することができる。また、耐薬品性に優れるので、例えばリチウムイオン電池用外装材に用いられた場合に、電解液と水分との反応によって発生したフッ化水素や電解液が存在しても、接着樹脂層が分解劣化して密着性が低下することを抑制できる。
酸変性ポリオレフィン樹脂は、ポリオレフィン樹脂を酸でグラフト変性した樹脂である。酸変性ポリオレフィン樹脂としては、ポリオレフィン樹脂を無水マレイン酸でグラフト変性した無水マレイン酸変性ポリオレフィン樹脂が好ましい。
ポリオレフィン樹脂としては、低密度、中密度、高密度のポリエチレン；ホモ、ブロック又はランダムポリプロピレン等が挙げられる。また、前記のものにアクリル酸、メタクリル酸等の極性分子を共重合した共重合体、架橋ポリオレフィン等のポリマー等が挙げられ、分散、共重合等を実施した樹脂を採用できる。これらポリオレフィン樹脂は、１種を単独で使用してもよく、２種以上を併用してもよい。
酸変性ポリオレフィン樹脂としては、耐熱性の点から、無水マレイン酸変性ポリプロピレンが好ましい。
無水マレイン酸変性ポリプロピレンにおける無水マレイン酸の変性率は、０．０１〜１０重量％が好ましく、０．１〜５重量％がより好ましい。前記変性率は、無水マレイン酸変性ポリプロピレン中の無水マレイン酸に由来する部分の質量割合である。
ホットメルト型接着フィルムは、１種の酸変性ポリオレフィン樹脂を単独で使用してもよく、２種以上の酸変性ポリオレフィン樹脂を併用してもよい。
熱可塑性接着剤の市販品としては、例えば、三井化学社製のアドマー、三菱化学社製のモディック等が挙げられる。
このような熱可塑性接着剤の融点（ＡＳＴＭ規格 Ｄ２１１７）は、通常１３０〜１５０℃の範囲を好ましく使用することができる。
［改質剤］
ベース材には、改質剤として軟質樹脂が配合されている。これにより、冷間成型時のクラックによる延伸白化耐性が向上するうえ、濡れ性改善により密着力が向上し、異方性の低減により製膜性等の特性も向上する。該軟質樹脂は、均一に分散していることが好ましい。
ベース材には、改質剤として軟質樹脂が配合されている。これにより、冷間成型時のクラックによる延伸白化耐性が向上するうえ、濡れ性改善により密着力が向上し、異方性の低減により製膜性等の特性も向上する。該軟質樹脂は、均一に分散していることが好ましい。
軟質樹脂としては、熱可塑性エラストマーが挙げられ、オレフィン系エラストマー、スチレン系エラストマーが好ましい。
オレフィン系エラストマーとしては、例えば、エチレン・プロピレン共重合体、エチレン・１−ブテン共重合体、エチレン・α−オレフィン共重合体、プロピレン・１−ブテン共重合体、プロピレン・α−オレフィン共重合体、１−ブテン・α−オレフィン共重合体、プロピレン・１−ブテン・エチレン共重合体、プロピレン・α−オレフィン・エチレン共重合体、プロピレン・α−オレフィン・１−ブテン共重合体、１−ブテン・α−オレフィン・エチレン共重合体等が挙げられる。
スチレン系エラストマーとしては、例えば、スチレン・エチレン・ブチレン・スチレン共重合体、スチレン・エチレン・プロピレン・スチレン共重合体等が挙げられる。
これらオレフィン系エラストマーやオレフィン系エラストマーは、１種を単独で使用してもよく、２種以上を併用してもよい。
軟質樹脂を使用する場合、接着樹脂層中の軟質樹脂の含有量は、１〜３５重量％が好ましく、５〜３０重量％がより好ましい。表１は、参考例に係るホットメルト型接着フィルムの接着強度を、改質剤の配合量別に示した表である。参考例に係るホットメルト型接着フィルムは、ベース材としてポリプロピレン樹脂を用い、このベース材に非晶性ポリプロピレンを原料とした改質剤を配合、混練し、フィルム状に押出し成型して製造した。
図１に示すように、各ホットメルト型接着フィルム１を用いて銅箔２，３同士を接着した接続体サンプルを作成し、銅箔２，３を反対方向に引っ張り、剥離強度を測定した。接着条件は、プレス温度：１６０℃、プレス圧力：６．４ｋｇ／ｃｍ2、プレス時間：２００秒とした。
表１に示すように、ホットメルト型接着フィルムは、改質剤の配合量が５〜３０重量％の範囲で良好な接着強度を示すことが分かる。
軟質樹脂の市販品としては、例えば、旭化成社製のタフテック、クラレ社製のセプトン、三井化学社製のノティオ、タフマー、三菱化学社製のゼラス、サーモラン、住友化学社製のタフセレン、エクセレン、エスプレン、エスポレックス、日本ポリプロ社製のウェルネクス、ニューコン、プライムポリマー社製のプライムＴＰＯ、サンアロマー社製のキャタロイ、クオリア等が挙げられる。
このような軟質樹脂の融点（ＪＩＳ規格 Ｋ ７２１０）は、通常１５０〜１７０℃の範囲を好ましく使用することができる。
［ホットメルト型接着フィルムの製造工程］
このようなベース材と改質剤とは、単軸又は二軸のスクリュー方式溶融担出議会及びニーダー式加熱混練機に代表される通常の熱可塑性樹脂の混合機を用いて、所定の配合量にて投入される。なお、ベース材に対する改質剤の配合量は、本発明においても上記と同様に、１〜３５重量％が好ましく、５〜３０重量％がより好ましい。
このようなベース材と改質剤とは、単軸又は二軸のスクリュー方式溶融担出議会及びニーダー式加熱混練機に代表される通常の熱可塑性樹脂の混合機を用いて、所定の配合量にて投入される。なお、ベース材に対する改質剤の配合量は、本発明においても上記と同様に、１〜３５重量％が好ましく、５〜３０重量％がより好ましい。
次いで、ベース材及び改質剤が、各々の軟化温度以上の温度下で混練され、フィルム状に押出され、冷却ロールに搬送される等により冷却されることによりフィルム状に成型されたフィルム成型体が製造される。図２に示すように、このフィルム成型体１０は、ベース材１１からなる領域に対して改質剤１２が押し出し方向に配向されている。図２では、押し出し方向に配向された改質剤１２が、幅方向に複数並列されているのが分かる。なお、図２に示す幅は略１０μｍである。
次いで、フィルム成型体に対して、ベース材１１及び改質剤１２の融点以上の温度で加熱処理を行いホットメルト型接着フィルム１３を得る。加熱処理は、熱プレス機や、オーブン等を用いて行うことができ、必ずしも加圧を伴う必要はない。熱プレス機を用いて加熱処理を行う場合、熱処理条件は、例えば上記の熱可塑性接着剤や軟質樹脂の融点を考慮して、プレス温度１６０〜１７０℃、プレス時間１５０〜２００秒とする。また、最終的なテープの厚みは、５０〜２００μｍとする。
フィルム成型体にベース材１１及び改質剤１２の融点以上の温度で加熱処理を施すことにより、図３に示すように、ベース材１１からなる領域に対して押し出し方向に配向されていた改質剤１２が凝集し、配向性が緩和、消失する。このように、改質剤１２の配向性が消失し島状に凝集することにより、ホットメルト型接着フィルム１３は、改質剤１２が押し出し方向に配向されている接着フィルムに比して、接着力を向上させることができる。
次いで、本発明の実施例について説明する。本実施例では、ポリプロピレンを主原料としたベース材と、ポリプロピレンを主原料とした改質剤を配合、混練し、フィルム状に押出し成型したフィルム成型体に対して、所定の時間だけ加熱処理を行ったホットメルト型接着フィルムについて、それぞれ剥離強度を測定した。
ベース材として無水マレイン酸変性ポリプロピレン（アドマー：三井化学社製、融点１４０℃）を使用し、このベース材に改質剤として非結晶ポリプロピレン（タフセレン：住友化学社製、融点１６０℃）を配合した。改質剤の配合量は、各サンプルとも１０重量％とした。
実施例及び比較例に係るホットメルト型接着フィルム又はフィルム成型体を用いて銅箔２，３同士を接着した接続体サンプルを作成し、図１に示すように銅箔２，３を反対方向に引っ張り、接着強度を測定した。接着条件は、プレス温度：１６０℃、プレス圧力：６．４ｋｇ／ｃｍ2、プレス時間：２００秒とした。
［実施例１］
実施例１では、ベース材及び改質剤を、各々の融点以上の温度下（１７０〜１８０℃）で混練し、フィルム状に押出成型した後、冷却ロールにて搬送することにより冷却しフィルム状に成型されたフィルム成型体を得た。次いで、熱プレス機を用いてフィルム成型体に対して加熱処理を行い、ホットメルト型接着フィルムを得た。加熱処理条件は、ベース材及び改質剤の融点以上の温度である１６０℃で加熱時間を１０秒とした。
実施例１では、ベース材及び改質剤を、各々の融点以上の温度下（１７０〜１８０℃）で混練し、フィルム状に押出成型した後、冷却ロールにて搬送することにより冷却しフィルム状に成型されたフィルム成型体を得た。次いで、熱プレス機を用いてフィルム成型体に対して加熱処理を行い、ホットメルト型接着フィルムを得た。加熱処理条件は、ベース材及び改質剤の融点以上の温度である１６０℃で加熱時間を１０秒とした。
［実施例２］
実施例２では、加熱時間を１２０秒とした他は、実施例１と同じ条件とした。
実施例２では、加熱時間を１２０秒とした他は、実施例１と同じ条件とした。
［実施例３］
実施例３では、加熱時間を２００秒とした他は、実施例１と同じ条件とした。
実施例３では、加熱時間を２００秒とした他は、実施例１と同じ条件とした。
［比較例１］
比較例１では、フィルム成型体を得た後、加熱処理を行わなかった。その他の条件は実施例１と同じとした。
比較例１では、フィルム成型体を得た後、加熱処理を行わなかった。その他の条件は実施例１と同じとした。
［比較例２］
比較例２では、加熱温度を１５０℃、加熱時間を１２０秒とした他は、実施例１と同じ条件とした。
比較例２では、加熱温度を１５０℃、加熱時間を１２０秒とした他は、実施例１と同じ条件とした。
［比較例３］
比較例３では、加熱温度を１５０℃、加熱時間を２００秒とした他は、実施例１と同じ条件とした。
比較例３では、加熱温度を１５０℃、加熱時間を２００秒とした他は、実施例１と同じ条件とした。
［比較例４］
比較例４では、加熱温度を１４０℃、加熱時間を１２０秒とした他は、実施例１と同じ条件とした。
比較例４では、加熱温度を１４０℃、加熱時間を１２０秒とした他は、実施例１と同じ条件とした。
［比較例５］
比較例５では、加熱温度を１４０℃、加熱時間を２００秒とした他は、実施例１と同じ条件とした。
比較例５では、加熱温度を１４０℃、加熱時間を２００秒とした他は、実施例１と同じ条件とした。
［比較例６］
比較例６では、加熱温度を１３０℃、加熱時間を１２０秒とした他は、実施例１と同じ条件とした。
比較例６では、加熱温度を１３０℃、加熱時間を１２０秒とした他は、実施例１と同じ条件とした。
［比較例７］
比較例７では、加熱温度を１３０℃、加熱時間を２００秒とした他は、実施例１と同じ条件とした。
比較例７では、加熱温度を１３０℃、加熱時間を２００秒とした他は、実施例１と同じ条件とした。
［比較例８］
比較例８では、加熱温度を１２０℃、加熱時間を１２０秒とした他は、実施例１と同じ条件とした。
比較例８では、加熱温度を１２０℃、加熱時間を１２０秒とした他は、実施例１と同じ条件とした。
［比較例９］
比較例９では、加熱温度を１２０℃、加熱時間を２００秒とした他は、実施例１と同じ条件とした。
比較例９では、加熱温度を１２０℃、加熱時間を２００秒とした他は、実施例１と同じ条件とした。
実施例１〜３に係るホットメルト型接着フィルムと比較例１に係るフィルム成型体との各改質剤の配向状態を観察した結果、加熱処理を追加することで、改質剤が島状に凝集し、配向性が消失又は緩和されていることが確認された。
また、表２に示すように、実施例１〜３に係るホットメルト型接着フィルムを用いた接続体サンプルと比較例１に係るフィルム成型体を用いた接続体サンプルとの各接着強度を対比すると、ホットメルト型接着フィルムとしての接着強度の向上が図られることが分かった。
また、実施例１〜３に係るホットメルト型接着フィルムを用いた接続体サンプルと比較例２〜９に係るフィルム成型体を用いた接続体サンプルとの各接着強度を対比すると、改質剤１０重量％添加の条件下において、加熱処理時間が１２０秒以上で、ホットメル卜型接着フィルムに使用している全ての原材料の融点以上の温度を熱処理条件とすることで、改質剤の配向性が十分に緩和され、ホットメルト型接着フィルムとしての接着強度の向上が図れることが分かった。
１ ホットメルト型接着フィルム、２ 銅箔、３ 銅箔、１０ フィルム成型体、１１ ベース材、１２ 改質剤
Claims (4)
- 熱可塑性樹脂をベース材とし、熱可塑性エラストマー樹脂を前記ベース材の改質剤として混合した組成物を加熱混練した後、押出成形を行うことにより、前記ベース材からなる領域に対して、前記改質剤が押出方向に配向されたフィルム成型体を形成し、
前記フィルム成型体に対して、前記ベース材及び前記改質剤の融点以上の温度で、熱プレス機を用いた加熱処理を行うことを特徴とするホットメルト型接着フィルムの製造方法。 - 前記ベース材に対する前記改質剤の配合量は、５重量％以上３０重量％以下である請求項１記載のホットメルト型接着フィルムの製造方法。
- 前記ベース材は、ポリプロピレン樹脂であり、
前記改質剤は、オレフィン系エラストマー又はスチレン系エラストマーである請求項１又は２に記載のホットメルト型接着フィルムの製造方法。 - 前記フィルム成型体に張力を与えないで、加熱処理を行うことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のホットメルト型接着フィルムの製造方法。
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