JP6787025B2 - 多孔フィルム - Google Patents
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Description
本発明はまた、この多孔フィルムを備えた水処理用フィルターに関する。
本発明の多孔フィルムは、自動車産業(電着塗料回収再利用システム)、半導体産業(超純水製造)、医薬・食品産業(除菌、酵素精製)などで使用される濾過膜として有用である。
以下、本発明の多孔フィルムの製造に用いられるポリエチレン系樹脂組成物を「本発明のポリエチレン系樹脂組成物」と称す場合がある。
後述するように、本発明の多孔フィルムを二軸延伸フィルムとすることで、多孔構造の制御が可能となり、空孔率が高く、透気性能が優れたフィルムとすることができる。
また、本発明の多孔フィルムが結晶核剤(C)を含有することにより、より緻密で均一な多孔構造を形成しやすくなり、延伸により透気度が低く透気性能が優れたフィルムとなりやすい。
本発明におけるポリエチレン系樹脂(A)は、主としてエチレンに由来する構成単位(以下「エチレン単位」と称す場合がある。)からなる重合体又は共重合体であり、好ましくはエチレン単位が全構成単位の90重量%以上であるポリエチレンである。濾過膜としての使用を考慮した場合、ポリエチレン系樹脂は、廃棄時に問題となるハロゲン元素を含まず、かつ反応性の高い官能基や原子を含まない樹脂であるので膜洗浄時の薬品劣化が起こりにくく、長期使用耐性が期待できる。
本発明においては、ポリエチレン系樹脂(A)に対し、ビニル芳香族エラストマー(B)を所定の割合で含むことが重要である。ビニル芳香族エラストマー(B)を含むことにより、微細で均一性の高い多孔構造を効率的に得ることが可能となり、空孔の形状や孔径を制御し易くなる。
本発明の多孔フィルムに含まれるポリエチレン系樹脂(A)とビニル芳香族エラストマー(B)の割合は、ポリエチレン系樹脂(A)55〜85重量部、ビニル芳香族エラストマー(B)15〜45重量部であり、好ましくはポリエチレン系樹脂(A)60〜80重量部、ビニル芳香族エラストマー(B)20〜40重量部である(ただし、ポリエチレン系樹脂(A)とビニル芳香族エラストマー(B)との合計で100重量部)。
本発明の多孔フィルム及び本発明のポリエチレン系樹脂組成物には、本発明の効果を損なわない範囲において、前記のポリエチレン系樹脂(A)、ビニル芳香族エラストマー(B)以外の成分、例えばポリエチレン系樹脂(A)以外の他の樹脂を含有することを許容することができる。
本発明のポリエチレン系樹脂組成物は、結晶核剤(C)を更に含有することが好ましい。結晶核剤(C)を含有することにより、前記ポリエチレン系樹脂(A)の結晶化が促進され、結晶構造が緻密に均一化する。それゆえ、延伸前の樹脂組成物における前記ポリエチレン系樹脂(A)は緻密に均一化した結晶部と、該結晶部間に存在する非晶部とからなり、前記ビニル芳香族エラストマー(B)は前記ポリエチレン系樹脂(A)の非晶部に多く存在する。そのため、延伸により前記ポリエチレン系樹脂(A)の緻密な結晶部と前記ビニル芳香族エラストマー(B)との界面で生じる多孔化は、マトリックスの結晶化に伴う弾性率の向上によって容易になり、かつ、結晶の緻密な均一化によって、得られる多孔構造も緻密で均一な多孔構造を形成しやすくなる。
以下、本発明の多孔フィルムの好適物性等について説明する。
本発明の多孔フィルムの厚みは、特に制限されるものではないが、70μm以上が好ましく、100μm以上がより好ましい。一方、上限は300μm以下が好ましく、200μm以下がより好ましい。厚みが70μm以上であれば、充分な強度を有することができる。また、厚みが300μm以下であれば、小型化・軽量化が求められる用途に対しても使用が容易である。
本発明の多孔フィルムの透気度は、200秒/100ml以下である。好ましくは1秒/100ml以上100秒/100ml以下、より好ましくは5秒/100ml以上50秒/100ml以下である。透気度が上記範囲であれば、強度と多孔性を両立した多孔フィルムとなるため好ましい。
空孔率は多孔構造を規定するための重要な要素であり、本発明の多孔フィルムにおける多孔層の空間部分の割合を示す数値である。一般に空孔率が高いほど、優れた濾過速度を有することが知られており、本発明の多孔フィルムは、空孔率が50%以上であり、好ましくは60%以上、より好ましくは65%以上である。一方、空孔率の上限は98%以下が好ましく、95%以下がより好ましい。空孔率が50%以上であれば、透気性能及び濾過速度に優れた多孔フィルムとなり、98%以下であれば実用的な強度を得ることができる。
本発明の多孔フィルムの濾過速度は、好ましくは10ml/min・cm2以上、より好ましくは15ml/min・cm2以上、更に好ましくは20ml/min・cm2以上である。一方、上限については、好ましくは100ml/min・cm2以下、より好ましくは90ml/min・cm2以下、更に好ましくは80ml/min・cm2以下である。濾過速度が上記範囲であれば、強度と濾過効率を両立した多孔フィルムとなる。
濾過速度[ml/min・cm2]=(V×60)/(t×A)
本発明の多孔フィルムの濾過寿命は、好ましくは1.00g/cm2以上である。一方、濾過寿命の上限については、好ましくは10g/cm2以下、より好ましくは5.0g/cm2以下、更に好ましくは2.0g/cm2以下である。濾過寿命が上記範囲であれば、濾過効率が良好な多孔フィルムとなる。
本発明の多孔フィルムの濾過精度は、好ましくは0.50%以下、より好ましくは0.25%以下、更に好ましくは0.20%以下である。濾過精度が上記上限以下であれば、濾過精度が良好な多孔フィルムとなる。
一方、ポリプロピレン系樹脂とビニル芳香族エラストマーから得られる多孔フィルムは、後述する比較例9に示す通り、フィルム厚み1μmあたりの透気度が劣り、かつ濾過寿命が、本発明の多孔フィルムと比較して劣るフィルムとなる。
本発明の多孔フィルムを製造する方法としては、まず、ポリエチレン系樹脂(A)、ビニル芳香族エラストマー(B)、及び、必要に応じて配合される結晶核剤(C)、その他の成分を含む本発明のポリエチレン系樹脂組成物を調製し、このポリエチレン系樹脂組成物をポリエチレン系樹脂(A)の融点以上、分解温度未満の温度条件下で押出機等を用いて溶融・成形することによって、無孔膜状物(未延伸シート)を得、得られた未延伸シートを一軸延伸又は二軸延伸する方法が挙げられる。この方法であれば、未延伸シートの組成(即ち、ポリエチレン系樹脂組成物の組成)、厚み、および延伸倍率を変更することにより、作成される多孔フィルムの厚み、透気度、空孔率を容易に調整することができ、好ましい。
本発明で目的とする、空孔率が高く、透気性能に優れた多孔フィルムを作製するには、各延伸工程で延伸条件を選択でき、多孔構造を制御し易い逐次二軸延伸を行うことがより好ましい。なお、膜状物の流れ方向(MD)への延伸を「縦延伸」といい、流れ方向に対して垂直方向(TD)への延伸を「横延伸」という。
(低温縦延伸工程)
縦延伸を行う際は、延伸による開孔をし易くする理由から、高温縦延伸の前に以下の低温縦延伸工程を行うことが好ましい。
未延伸シートを0℃以上60℃未満、好ましくは10℃以上40℃未満の温度で、機械方向に1.1倍以上3.0倍未満、好ましくは1.2倍以上2.0倍未満の範囲でMD方向に一軸延伸する。ここで、0℃未満で延伸した場合はフィルムが破断する傾向があり、また、60℃以上で延伸した場合は、得られる延伸フィルムの空孔率が低く、透気度が高くなる傾向がある。
なお、得られる多孔フィルムの透気性能が向上することから、上記延伸工程を実施する前に、シート成形工程で得られた未延伸シートを一定の温度範囲で一定時間熱処理しても良い。
次いで、上記の低温縦延伸で得られた延伸シートを60℃以上160℃未満、好ましくは70℃以上130℃未満の温度でMD方向に1.5倍以上6.0倍未満、好ましくは1.5倍以上5.0倍の範囲で一軸延伸する。ここで、60℃未満で延伸した場合はフィルムが破断する傾向があり、また、160℃以上で延伸した場合は、得られる延伸フィルムの空孔率が低く、透気度が高くなる傾向がある。
横延伸温度は、好ましくは70〜150℃であり、より好ましくは80〜140℃である。横延伸温度がこの範囲内であることによって、縦延伸時に生じた空孔が拡大されて空孔率を増加することができ、十分な多孔性を有することができる。
上記のように逐次二軸延伸を行った後は、寸法安定性の向上のために、熱処理を行ってもよい。熱処理は、通常100〜150℃で1秒〜30分程度実施される。
しかし、本発明の多孔フィルムは製造過程において有機溶媒を用いないため、有機溶媒を含まず、低コストであり環境への影響及び残存溶媒の溶出の懸念がないということに利点を有する。
本発明の液体用フィルターは、上記のような本発明の多孔フィルムを備えるものである。本発明の液体用フィルターは、本発明の多孔フィルムの単層構造であってもよく、他の層と組み合わせた積層構造であってもよい。本発明の液体用フィルターは、水あるいはアセトンといった水系溶媒、ハロゲン化物、エステル類、エーテル、ベンゼン、トルエンといった石油系溶剤を精製するためのフィルター、具体的には、自動車産業(電着塗料回収再利用システム)、半導体産業(超純水製造)、医薬・食品産業(除菌、酵素精製)などにおいて使用される精密濾過膜として有用である。
以下において、多孔フィルムの引き取り(流れ)方向を「MD」、その直角方向を「TD」と記載する。
多孔フィルムの製造に用いた原材料は以下の通りである。
・A−1;高密度ポリエチレン(ハイゼックス3600F、プライムポリマー社製、MFR(190℃、2.16kg):1.0g/10分、密度:0.958g/cm3、融点:134℃、融解エンタルピーΔHm:207J/g、結晶化温度:115℃、結晶化エンタルピーΔHc:210J/g)
・A−2;高密度ポリエチレン(ハイゼックス3300F、プライムポリマー社製、MFR(190℃、2.16kg):1.1g/10分、密度:0.950g/cm3、融点:132℃、融解エンタルピーΔHm:188J/g、結晶化温度:114℃、結晶化エンタルピーΔHc:189J/g)
・A’−1;ホモポリプロピレン(ノバテックPP
FY6HA、日本ポリプロ株式会社製、MFR(230℃、2.16kg):2.4g/10min、密度:0.9g/cm3)
・B−1;スチレン系熱可塑性エラストマー(スチレン−エチレン−プロピレンブロック共重合体、グレード名;SEPTON1001、クラレ社製、重量平均分子量Mw;186,000、分子量分布Mw/Mn;1.07、MFR(230℃、2.16kg);0.1g/10分、スチレン含有量;35重量%)
・C−1;ポリエチレン用結晶核剤マスターバッチ(グレード名:リケマスターCN−002、理研ビタミン社製)
・C−2:核剤(ソルビトール系化合物、グレード名:ゲルオールMD−LM30G、新日本理化社製)
製造された多孔フィルムの各種物性の測定方法は以下の通りである。
得られた多孔フィルムを1/1000mmのダイアルゲージにて、面内を不特定に5箇所測定しその平均を厚みとした。
25℃の空気雰囲気下にて、JIS P8117に準拠して多孔フィルムの透気度を測定した。測定機器として、デジタル型王研式透気度専用機(旭精工社製)を用いた。
また、測定された透気度(秒/100ml)を多孔フィルムの厚さで除して、厚さ1μmあたりの透気度(秒/100ml/μm)を算出した。
得られた多孔フィルムの実質量W1を測定し、多孔フィルムの製造に用いたポリエチレン系樹脂組成物の密度と厚みから空孔率0%の場合の質量W0を計算し、それらの値から下記式に基づき算出した。
空孔率(%)={(W0−W1)/W0}×100
25℃の空気雰囲気下において、所定の体積V(ml)のアセトンが0.07MPaの圧力で、有効濾過面積A(cm2)の多孔フィルムを通過する時間t(sec)を測定し、下記式に基づき算出した。
濾過速度(ml/min・cm2)=(V×60)/(t×A)
日産化学社製コロイダルシリカ(製品名:スノーテックスMP−4540M、平均粒子径:450nm、固形分:40重量%、媒体:水)をシリカ濃度4重量%になるように水で希釈し、超音波攪拌機中で十分に均一分散させた後、0.09MPaの圧力で多孔フィルムを通過させ、濾過が不可能になるまでに通過した液体の重量W(g)を測定し、有効濾過面積A(cm2)で除算することによって濾過寿命(g/cm2)を算出した。
日産化学社製コロイダルシリカ(製品名:スノーテックスMP−4540M、平均粒子径:450nm、固形分:40重量%、媒体:水)をシリカ濃度4重量%になるように水で希釈し、超音波攪拌機中で十分に均一分散させた後、0.07MPaの圧力で多孔フィルムを通過させ、吸光度法により通過前後の液の濃度を測定し、粒子の捕集効率(%)を算出した。
ポリエチレン系樹脂(A−1)を70重量部、ビニル芳香族エラストマー(B−1)を30重量部、結晶核剤(C−1)を2.5重量部の割合で配合し、二軸押出機に投入し、設定温度230℃で溶融混練後、ストランドダイにてストランド状に賦形した後、ストランドカッターにて裁断し、ペレット化した。
得られたフィルムの評価結果を表1に示す。
実施例1と同様に未延伸シートを得た。得られた未延伸シートを、15℃に設定したロール(X)と20℃に設定したロール(Y)間において、ドロー比200%(延伸倍率3.0倍)を掛けて低温縦延伸を行った。次いで、120℃に設定したロール(P)と120℃に設定したロール(Q)間において、ドロー比50%(延伸倍率1.5倍)を掛けて高温縦延伸を行い、MD延伸フィルムを得た。得られたMD延伸多孔フィルムを、京都機械社製フィルムテンター設備にて、予熱温度90℃、予熱時間12秒間で予熱した後、延伸温度90℃、3.0倍横方向に延伸した。その後、実施例1と同様に熱処理を行い、二軸延伸多孔フィルムを得た。
得られたフィルムの評価結果を表1に示す。
実施例1と同様に未延伸シートを得た。得られた未延伸シートを、15℃に設定したロール(X)と20℃に設定したロール(Y)間において、ドロー比200%(延伸倍率3.0倍)を掛けて低温縦延伸を行った。次いで、120℃に設定したロール(P)と120℃に設定したロール(Q)間において、ドロー比100%(延伸倍率2.0倍)を掛けて高温縦延伸を行い、MD延伸フィルムを得た。得られたMD延伸多孔フィルムを、京都機械社製フィルムテンター設備にて、予熱温度90℃、予熱時間12秒間で予熱した後、延伸温度90℃、3.0倍横方向に延伸した。その後、実施例1と同様に熱処理を行い、二軸延伸多孔フィルムを得た。
得られたフィルムの評価結果を表1に示す。
実施例1と同様に未延伸シートを得た。得られた未延伸シートを、15℃に設定したロール(X)と20℃に設定したロール(Y)間において、ドロー比100%(延伸倍率2.0倍)を掛けて低温縦延伸を行った。次いで、120℃に設定したロール(P)と120℃に設定したロール(Q)間において、ドロー比50%(延伸倍率1.5倍)を掛けて高温縦延伸を行い、MD延伸フィルムを得た。得られたMD延伸多孔フィルムを、京都機械社製フィルムテンター設備にて、予熱温度90℃、予熱時間12秒間で予熱した後、延伸温度90℃、1.5倍横方向に延伸した。その後、実施例1と同様に熱処理を行い、二軸延伸多孔フィルムを得た。
得られたフィルムの評価結果を表2に示す。ただし、多孔フィルムの濾過速度が小さく評価に時間を要するため、濾過寿命、濾過精度の評価は行わなかった。
実施例1と同様に未延伸シートを得た。得られた未延伸シートを、15℃に設定したロール(X)と20℃に設定したロール(Y)間において、ドロー比200%(延伸倍率3.0倍)を掛けて低温縦延伸を行った。次いで、120℃に設定したロール(P)と120℃に設定したロール(Q)間において、ドロー比50%(延伸倍率1.5倍)を掛けて高温縦延伸を行い、MD延伸フィルムを得た。得られたMD延伸多孔フィルムを、京都機械社製フィルムテンター設備にて、予熱温度90℃、予熱時間12秒間で予熱した後、延伸温度90℃、1.5倍横方向に延伸した。その後、実施例1と同様に熱処理を行い、二軸延伸多孔フィルムを得た。
得られたフィルムの評価結果を表2に示す。ただし、多孔フィルムの濾過速度が小さく評価に時間を要するため、濾過寿命、濾過精度の評価は行わなかった。
ポリエチレン系樹脂(A−2)を70重量部、ビニル芳香族エラストマー(B−1)を30重量部、結晶核剤(C−1)を2.5重量部の割合で配合し、2軸押出機に投入し、設定温度230℃で溶融混練後、ストランドダイにてストランド状に賦形した後、ストランドカッターにて裁断し、ペレット化した。
得られたフィルムの評価結果を表2に示す。ただし、濾過速度が小さく評価に時間を要するため、濾過寿命、濾過精度の評価は行わなかった。
比較例3と同様に未延伸シートを得た。得られた未延伸シートを、15℃に設定したロール(X)と20℃に設定したロール(Y)間において、ドロー比300%(延伸倍率4.0倍)を掛けて低温縦延伸を行った。次いで、120℃に設定したロール(P)と120℃に設定したロール(Q)間において、ドロー比50%(延伸倍率1.5倍)を掛けて高温縦延伸を行い、MD延伸フィルムを得た。得られたMD延伸多孔フィルムを、京都機械社製フィルムテンター設備にて、予熱温度90℃、予熱時間12秒間で予熱した後、延伸温度90℃、1.5倍横方向に延伸した。その後、実施例1と同様に熱処理を行い、二軸延伸多孔フィルムを得た。
得られたフィルムの評価結果を表2に示す。ただし、濾過速度が小さく評価に時間を要するため、濾過寿命、濾過精度の評価は行わなかった。
ポリエチレン系樹脂(A−2)を70重量部、ビニル芳香族エラストマー(B−1)を30重量部、結晶核剤(C−1)を2.5重量部の割合で配合し、設定温度210℃に設定した同方向二軸押出機に投入して溶融混練し、溶融混練後、Tダイにてシート状に賦形した後、90℃に設定したキャストロールにて冷却固化して厚み250μmの未延伸シートを得た。
得られたフィルムの評価結果を表2に示す。ただし、透気度が著しく大きく透気性能に劣り、濾過速度も著しく小さくなるため、濾過性能評価は行わなかった。
比較例5と同様に未延伸シートを得た。得られた未延伸シートを、20℃に設定したロール(X)と40℃に設定したロール(Y)間において、ドロー比300%(延伸倍率4.0倍)を掛けて低温縦延伸を行った。次いで、120℃に設定したロール(P)と120℃に設定したロール(Q)間において、ドロー比50%(延伸倍率1.5倍)を掛けて高温縦延伸を行い、MD延伸フィルムを得た。次いで、得られたMD延伸フィルムを、京都機械社製フィルムテンター設備にて、予熱温度90℃、予熱時間12秒間で予熱した後、延伸温度90℃、1.5倍横方向に延伸した。その後、実施例1と同様に熱処理を行い、二軸延伸多孔フィルムを得た。
得られたフィルムの評価結果を表2に示す。ただし、透気度が著しく大きく透気性能に劣り、濾過速度も著しく小さくなるため、濾過性能評価は行わなかった。
ポリエチレン系樹脂(A−2)を70重量部、ビニル芳香族エラストマー(B−1)を30重量部の割合で配合し、設定温度210℃に設定した同方向二軸押出機に投入して溶融混練し、溶融混練後、Tダイにてシート状に賦形した後、90℃に設定したキャストロールにて冷却固化して厚み250μmの未延伸シートを得た。
得られたフィルムの評価結果を表2に示す。ただし、透気度が著しく大きく透気性能に劣り、濾過速度も著しく小さくなるため、濾過性能評価は行わなかった。
比較例7と同様に未延伸シートを得た。得られた未延伸シートを、20℃に設定したロール(X)と40℃に設定したロール(Y)間において、ドロー比300%(延伸倍率4.0倍)を掛けて低温縦延伸を行った。次いで、120℃に設定したロール(P)と120℃に設定したロール(Q)間において、ドロー比50%(延伸倍率1.5倍)を掛けて高温縦延伸を行い、MD延伸フィルムを得た。次いで、得られたMD延伸フィルムを、京都機械社製フィルムテンター設備にて、予熱温度90℃、予熱時間12秒間で予熱した後、延伸温度90℃、1.5倍横方向に延伸した。その後、実施例1と同様に熱処理を行い、二軸延伸多孔フィルムを得た。
得られたフィルムの評価結果を表2に示す。ただし、透気度が著しく大きく透気性能に劣り、濾過速度も著しく小さくなるため、濾過性能評価は行わなかった。
ポリプロピレン系樹脂(A’−1)を70重量部、ビニル芳香族エラストマー(B−1)を30重量部、結晶核剤(C−2)を0.1重量部の割合で配合し、二軸押出機に投入し、設定温度230℃で溶融混練後、ストランドダイにてストランド状に賦形した後、ストランドカッターにて裁断し、ペレット化した。
得られたフィルムの評価結果を表2に示す。
Claims (7)
- 密度が0.955〜0.970g/cm3であるポリエチレン系樹脂(A)55〜85重量部とビニル芳香族エラストマー(B)15〜45重量部の割合でそれぞれ含み(ただし、ポリエチレン系樹脂(A)とビニル芳香族エラストマー(B)との合計で100重量部となる。)、空孔率が50%以上であり、透気度が200秒/100ml以下であり、
前記ビニル芳香族エラストマー(B)の温度230℃、荷重2.16kgにおけるメルトフローレート(MFR)が1g/10分以下であり、かつ、
前記ビニル芳香族エラストマー(B)がスチレン−エチレン−プロピレンブロック共重合体、スチレン−エチレン−プロピレン−スチレンブロック共重合体、及びスチレン−エチレン−ブタジエン−スチレンブロック共重合体よりなる群から選ばれる1種又は2種以上である多孔フィルム。 - ポリエチレン系樹脂(A)の温度190℃、荷重2.16kgにおけるメルトフローレート(MFR)が0.1〜10g/10分である請求項1に記載の多孔フィルム。
- 厚みが70μm以上である請求項1または2に記載の多孔フィルム。
- 二軸延伸フィルムである請求項1〜3のいずれかに記載の多孔フィルム。
- ポリエチレン系樹脂(A)とビニル芳香族エラストマー(B)との合計100重量部に対し、結晶核剤(C)を0.001〜10重量部含む請求項1〜4の何れかに記載の多孔フィルム。
- ビニル芳香族エラストマー(B)中のビニル芳香族化合物に由来する構成単位の含有量が10〜40重量%である請求項1〜5のいずれかに記載の多孔フィルム。
- 請求項1〜6のいずれかに記載の多孔フィルムを備えた液体用フィルター。
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