JP7099593B1 - 蓄電デバイス包装材用ポリウレタン接着剤、蓄電デバイス用包装材、蓄電デバイス用容器及び蓄電デバイス - Google Patents
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Abstract
Description
しかしながら、特許文献1~3に記載された接着剤は、ポリエステルポリオールとポリイソシアネートとの反応物である水酸基を有するポリウレタン樹脂を使用しているものの、車載用途等で要求される耐熱及び耐湿熱の長期耐久性に課題がある。
したがって本発明の課題は、優れた接着性や成型性、且つ変形成型物のヒートシール耐性を有し、更に耐熱及び耐湿熱の長期耐久性試験後においても優れた成型性を有し、且つ層間の浮き等の外観不良が発生しない蓄電デバイス包装材用接着剤、該接着剤を用いてなる蓄電デバイス包装材、蓄電デバイス用容器、及び蓄電デバイスを提供することにある。
本発明の蓄電デバイス包装材用接着剤は、ポリオール主剤(A)とポリイソシアネート硬化剤(B)とを含有し、ポリオール主剤(A)が、ポリエステルポリオールとポリイソシアネートとの反応物である水酸基を有するポリウレタン樹脂を含み、且つ、ポリオール主剤(A)の質量を基準として、フェノール系酸化防止剤(C)を0.03~3質量%含むことを特徴とする。
以下に本発明について詳細に説明する。
ポリオール主剤(A)は、ポリエステルポリオールとポリイソシアネートとの反応物である水酸基を有するポリウレタン樹脂と、ポリオール主剤(A)の質量を基準として、フェノール系酸化防止剤(C)を0.03~3質量%含むことを特徴とする。水酸基を有するポリウレタン樹脂は、後述するポリエステルポリオール中の水酸基と、ポリイソシアネート中のイソシアネート基とを水酸基を過剰にした条件でウレタン化反応させることで得ることができる。
本発明において、ポリオール主剤(A)は水酸基を有するポリウレタン樹脂を含み、フェノール系酸化防止剤(C)の含有量を所定範囲内に制御することが重要であり、前記所作により、熱酸化劣化を安定化させて、成型物の高温耐久性を向上させることができ、高温耐久性前後の接着性と成型性に優れる接着剤層を形成することができる。
本発明における水酸基を有するポリウレタン樹脂は、ポリエステルポリオールを含むポリオールとポリイソシアネートとの反応物であって、ポリエステルポリウレタンポリオールである。
ポリエステルポリオールとしては、例えば、多塩基酸と多価アルコールとの反応物;ポリカプロラクトン、ポリバレロラクトン、ポリ(β-メチル-γ-バレロラクトン)等のラクトン類を開環重合したもの;が挙げられる。
上記多塩基酸は、以下に限定されないが、例えば、テレフタル酸、イソフタル酸、ナフタレンジカルボン酸、無水フタル酸、アジピン酸、アゼライン酸、セバシン酸、コハク酸、グルタル酸、無水テトラヒドロフタル酸、無水ヘキサヒドロフタル酸、無水マレイン酸、無水イタコン酸等の二塩基酸若しくはそれらのジアルキルエステル又はそれらの混合物が挙げられる。
上記多価アルコールは、以下に限定されないが、例えば、エチレングリコール、プロピレングリコール、ジエチレングリコール、ジプロピレングリコール、トリエチレングリコール、ブチレングリコール、ネオペンチルグリコール、ジネオペンチルグリコール、ブチルエチルプロパンジオール、2-メチル-1,3-プロパンジオール、トリメチロールプロパン、グリセリン、1,6-ヘキサンジオール、1,4-ブタンジオール、1,4-シクロヘキサンジメタノール、3-メチル-1,5-ペンタンジオール、3,3′-ジメチロールヘプタン、1,9-ノナンジオール、ポリオキシエチレングリコール、ポリオキシプロピレングリコール、ポリテトラメチレンエーテルグリコール、ポリエーテルポリオール、ポリカーボネートポリオール、ポリオレフィンポリオール、アクリルポリオール、ポリウレタンポリオール等のジオール類若しくはそれらの混合物が挙げられる。
上記多塩基酸成分及び多価アルコール成分は、各々、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
水酸基を有するポリウレタン樹脂を構成するポリオールとしては、ポリエステルポリオールの他に、従来公知のポリオールや短鎖ジオールを併用してもよい。このような併用してもよいポリオールとしては、例えば、ポリエーテルポリオール、ポリカーボネートポリオール、アクリルポリオール、ポリブタジエンポリオールが挙げられる。短鎖ジオールとしては、前述多価アルコールが挙げられ、イソシアネートとの反応性の面から、1,4-ブタンジオール等の直鎖ジオールが好ましい。
水酸基を有するポリウレタン樹脂を構成するポリイソシアネートとしては、例えば、脂肪族ジイソシアネート、脂環式ジイソシアネート、芳香族ジイソシアネート、芳香脂肪族ジイソシアネート、3官能以上のポリイソシアネートの単量体、前記ジイソシアネートから誘導される各種誘導体が挙げられる。
式1:
ウレタン結合濃度(mmol/g)=(ポリイソシアネートのNCO質量%)×(ポリイソシアネートの質量%)÷42×1000+(ポリイソシアネート内部のウレタン結合数÷ポリイソシアネート分子量)×(ポリイソシアネートの質量%)×1000
本発明のポリオール主剤(A)は、ポリオール主剤(A)の質量を基準として、フェノール系酸化防止剤(C)を0.03~3質量%含む。
フェノール系酸化防止剤(C)の含有量は、0.03~3質量%の範囲であることが重要であり、0.03質量%以上であることで、熱酸化劣化への優れた安定化効果を得ることができて、成型物の高温耐久性が向上する。3質量%以下であることで、接着層の脆性が抑制されて、適正な強靭性となり、初期接着性と成型物の高温耐久性が両立できる。
フェノール系酸化防止剤(C)の含有量は、より好ましくは0.05~1質量%である。
本願発明において、「フェノール系酸化防止剤(C)を含む」とは、フェノール系酸化防止剤(C)を含むこと、及び/又は、フェノール系酸化防止剤(C)に由来する部分構造を含むこと、を意味する。「フェノール系酸化防止剤(C)に由来する部分構造を含む」とは、例えば、フェノール系酸化防止剤(C)と、水酸基を有するポリウレタン樹脂との反応生成物を含む場合を指し、フェノール系酸化防止剤(C)の一部が反応している場合も含む。水酸基を有するポリウレタン樹脂は、好ましくは、フェノール系酸化防止剤(C)の少なくとも一部が、共有結合を介して結合した構造を有する。より好ましくは、フェノール系酸化防止剤(C)の少なくとも一部が、共有結合を介して、ポリエステルポリオールに結合した構造を有する。
リン系酸化防止剤は、例えば、トリフェニルホスファイト、ジフェニルイソデシルホスファイト、およびフェニルジイソデシルホスファイト等が挙げられる。
ポリイソシアネート硬化剤(B)は、水酸基を有するポリウレタン樹脂中の水酸基と架橋反応し、接着剤層の分子量を高め、エネルギー弾性を発現する内部凝集力を向上させる役割を担う。また、イソシアネート基は水と反応し凝集力の高いウレア結合を形成可能であることから、養生中に自己架橋反応させることで接着剤層の凝集力を高めることができる。
このように、ポリイソシアネート硬化剤(B)を用いることにより、強固な外層側接着剤層を形成することが可能となり、急激な環境変化に伴う基材の伸縮運動を接着剤層が抑制し、接着強度を高レベルで維持することが可能となる。
中でも、ポリイソシアネート硬化剤(B)として好ましくは、ジイソシアネートのヌレート体、ジイソシアネートにトリメチロールプロパンが付加したアダクト体、ビウレット型、イソシアネート残基を有するプレポリマー(ジイソシアネートとポリオールから得られる低重合体)、イソシアネート残基を有するウレトジオン体、アロファネート体、若しくはこれらの複合体である。
車載向け蓄電デバイス用途においては、優れた高温耐久性、及び高い凝集力と加工性、を両立できる観点から、好ましくはトリレンジイソシアネートとトリメチロールプロパンのアダクト体、3-イソシアネートメチル-3,5,5-トリメチルシクロヘキシルイソシアネート又はヘキサメチレンジイソシアネートのヌレート体である。より好ましくは、接着性の観点から、3-イソシアネートメチル-3,5,5-トリメチルシクロヘキシルイソシアネート又はヘキサメチレンジイソシアネートのヌレート体である。
ポリオール主剤(A)は、金属箔等の金属系素材に対する接着強度を向上させるため、さらにエポキシ樹脂を含むことができる。本発明における水酸基を有するポリウレタン樹脂は、ポリエステル骨格を有するため、耐湿熱時に加水分解で酸が生じる場合があるが、エポキシ樹脂を含むことで、生じた酸とエポキシ樹脂とが反応し、耐湿熱性を一層向上させることができる。
ポリオール主剤(A)は、金属箔等の金属系素材に対する接着強度を向上させるため、さらにアミノ基を有するシランカップリング剤を含有することができる。アミノ基を有するシランカップリング剤としては、例えば3-アミノプロピルトリエトキシシラン、3-アミノプロピルトリメトキシシラン、N-(2-アミノエチル)3-アミノプロピルトリメトキシシラン、ビス(3-トリエトキシシリルプロピル)アミン、ビス(3-トリメトキシシリルプロピル)アミン、N-(n-ブチル)-3-アミノプロピルトリメトキシシラン、N-2-アミノエチル-3-アミノプロピルメチルジメトキシシラン、アミノシラン含有シランオリゴマー、ジアミノシラン含有シランオリゴマーが挙げられる。
アミノ基を含有するシランカップリング剤の含有量は、前記ポリオール主剤(A)の固形分質量を基準として、好ましくは0.05~5質量%、より好ましくは0.5~3質量%である。0.05質量%以上であると、金属箔への接着性が向上し、5質量%以下であると、変形成型物のヒートシール耐性の低下が抑制される。
本発明のポリウレタン接着剤は、ポリウレタン接着剤を基材に塗工する際、塗液を適度な粘度に調整するために、乾燥工程において基材への影響がない範囲内で溶剤を含有してもよい。溶剤としては、例えば、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン等のケトン系化合物;酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸ブチル、乳酸エチル、酢酸メトキシエチル等のエステル系化合物;ジエチルエーテル、エチレングリコールジメチルエーテル等のエーテル系化合物;トルエン、キシレン等の芳香族化合物;ペンタン、ヘキサン等の脂肪族化合物;塩化メチレン、クロロベンゼン、クロロホルム等のハロゲン化炭化水素化合物;エタノール、イソプロピルアルコール、ノルマルブタノール等のアルコール類;水等が挙げられる。これら溶剤は1種を単独で用いてもよく、2種類以上を併用してもよい。
本発明のポリウレタン接着剤は、本発明の効果を損なわない範囲で、さらに、その他成分を含有してもよい。その他成分は、主剤又は硬化剤のいずれに配合してもよく、主剤と硬化剤とを配合する際に添加してもよい。これら任意成分は、1種を単独で用いてもよく、2種類以上を併用してもよく、要求性能に応じて適宜選択される。
ポリウレタン接着剤は、ウレタン化反応を促進するため、さらに反応促進剤を含有することができる。反応促進剤としては、例えば、ジブチルチンジアセテート、ジブチルチンジラウレート、ジオクチルチンジラウレート、ジブチルチンジマレート等金属系触媒;1,8-ジアザ-ビシクロ(5,4,0)ウンデセン-7、1,5-ジアザビシクロ(4,3,0)ノネン-5、6-ジブチルアミノ-1,8-ジアザビシクロ(5,4,0)ウンデセン-7等の3級アミン;トリエタノールアミンのような反応性3級アミンが挙げられる。
ポリウレタン接着剤は、金属箔等の金属系素材に対する接着強度を向上させるため、リン酸又はリン酸誘導体を含有することができる。リン酸としては、遊離の酸素酸を少なくとも1個有しているものであればよく、例えば、次亜リン酸、亜リン酸、オルトリン酸、次リン酸等のリン酸類;メタリン酸、ピロリン酸、トリポリリン酸、ポリリン酸、ウルトラリン酸等の縮合リン酸類が挙げられる。また、リン酸の誘導体としては、上記のリン酸を遊離の酸素酸を少なくとも1個残した状態でアルコール類と部分的にエステル化されたもの等が挙げられる。上記アルコール類としては、例えば、メタノール、エタノール、エチレングリコール、グリセリン等の脂肪族アルコール;フェノール、キシレノール、ハイドロキノン、カテコール、フロログリシノール等の芳香族アルコールが挙げられる。
ポリウレタン接着剤は、包装材のラミネート外観を向上させるため、レベリング剤又は消泡剤を含有することができる。レベリング剤としては、例えば、ポリエーテル変性ポリジメチルシロキサン、ポリエステル変性ポリジメチルシロキサン、アラルキル変性ポリメチルアルキルシロキサン、ポリエステル変性水酸基含有ポリジメチルシロキサン、ポリエーテルエステル変性水酸基含有ポリジメチルシロキサン、アクリル系共重合物、メタクリル系共重合物、ポリエーテル変性ポリメチルアルキルシロキサン、アクリル酸アルキルエステル共重合物、メタクリル酸アルキルエステル共重合物、レシチンが挙げられる。
消泡剤としては、例えば、シリコーン樹脂、シリコーン溶液、アルキルビニルエーテルとアクリル酸アルキルエステルとメタクリル酸アルキルエステルとの共重合物等の公知のものが挙げられる。
ポリウレタン接着剤は、本発明の効果を損なわない範囲で、公知の添加剤を含有してもよい。添加剤としては、例えば、シリカ、アルミナ、マイカ、タルク、アルミニウムフレーク、ガラスフレーク等の無機充填剤、層状無機化合物、安定剤(紫外線吸収剤、加水分解防止剤等)、防錆剤、増粘剤、可塑剤、帯電防止剤、滑剤、ブロッキング防止剤、着色剤、フィラー、結晶核剤、硬化反応を調整するための触媒等が挙げられる。
本発明のポリウレタン接着剤は、蓄電デバイス用包装材の外層側接着剤層を形成する外層側接着剤として好適に用いることができる。本発明の蓄電デバイス包装材は、少なくとも、外層側樹脂フィルム層(1)、外層側接着剤層(2)、金属箔層(3)、及びヒートシール層(4)が、この順に外側から積層されている構成を備えるものであり、外層側接着剤層(2)が上述するポリウレタン接着剤の硬化物であることを特徴とする。
蓄電デバイス用包装材の製造方法は特に制限されず、公知の方法により製造することができる。
例えば、外層側樹脂フィルム層(1)と金属箔層(3)とを、上述の外層側接着剤層(2)を形成するポリウレタン接着剤を用いて積層して、外層側樹脂フィルム層(1)/外層側接着剤層(2)/金属箔層(3)の構成を備える中間積層体を得た後、内層側接着剤を用いて中間積層体の金属箔層(3)面にヒートシール層(5)を積層して製造することができる(以下、製造方法1)。
あるいは、内層側接着剤を用いて金属箔層(3)とヒートシール層(5)とを積層して、金属箔層(3)/内層側接着剤層(4)/ヒートシール層(5)の構成を備える中間積層体を得た後、上述のポリウレタン接着剤を用いて、中間積層体の金属箔層(3)と外層側樹脂フィルム層(1)とを積層して製造することができる(以下、製造方法2)。
外層側接着剤の乾燥後塗布量は1~15g/m2程度であることが好ましい。
外層側樹脂フィルム層(1)は特に制限されず、ポリアミド又はポリエステルからなる延伸フィルムを用いるのが好ましい。また、カーボンブラックや酸化チタン等の顔料により着色されていてもよい。また、外層側樹脂フィルム層(1)の非ラミネート面は、傷つき防止や耐電解液性を目的としてコート剤やスリップ剤がコーティングされていてもよく、意匠性を目的として印刷インキがコーティングされていてもよい。また、外層側樹脂フィルム層(1)は、2層以上のフィルムがあらかじめ積層されていてもよい。外層側樹脂フィルム層(1)の厚みは特に制限されないが、好ましくは12~100μmである。
金属箔層(3)は特に制限されないが、好ましくはアルミニウム箔層である。金属箔層(3)の厚みは特に制限されないが、好ましくは20~80μmである。また、金属箔層(3)表面は、リン酸クロメート処理、クロム酸クロメート処理、3 価クロム処理、リン酸亜鉛処理、リン酸ジルコニウム処理、酸価ジルコニウム処理、リン酸チタン処理、フッ酸処理、セリウム処理、ハイドロタルサイト処理等による公知の防腐処理が施されていることが好ましい。防腐処理されていることによって、電池の電解液による金属箔表面の腐食劣化を抑制することができる。更に防腐処理表面上に、フェノール樹脂、アミド樹脂、アクリル樹脂、ポリビニルアルコール、カップリング剤等の公知の有機プライマーを200℃ほどの高温で金属に焼付けて処理していることが好ましい。有機プライマー処理を施すことによって、金属箔と接着剤をより強固に接着させ、金属箔と接着剤間の浮きを更に抑制することができる。
ヒートシール層(5)は特に制限されず、好ましくは、ポリエチレン、ポリプロピレン、オレフィン系共重合体、これらの酸変成物及びアイオノマーからなる群より選ばれた少なくとも1種類の熱可塑性樹脂からなる未延伸フィルムである。ヒートシール層の厚みは特に制限されないが、好ましくは20~150μmである。
内層側接着剤層(4)を形成する接着剤は特に制限されないが、蓄電デバイスの電解液によって金属箔層(3)とヒートシール層(5)との接着強度が低下しないものが好ましく、公知の接着剤を使用することができる。
内層側接着剤層(4)は、例えば、ポリオレフィン樹脂とポリイソシアネートの組み合わせた接着剤や、ポリオールとポリイソシアネートとを組み合わせた接着剤を、グラビアコーター等を用いて金属箔層(3)に塗布して溶剤を乾燥させ、接着剤層にヒートシール層(5)を加熱加圧下に重ね合わせ、次いで常温若しくは加温下でエージングすることで、形成することができる。
あるいは、酸変性ポリプロピレン等の接着剤をTダイ押出し機で金属箔層(3)上に溶融押出しして接着剤層を形成し、前記接着剤層上にヒートシール層(5)を重ね、金属箔層(3)とヒートシール層(5)とを貼り合せることで内層側接着剤層(4)を形成することができる。
外層側接着剤層(2)及び内層側接着剤層(4)の両方がエージングを必要とする場合には、外層側樹脂フィルム層(1)、未硬化の外層側接着剤層、金属箔層(3)、未硬化の内層側接着剤層及びヒートシール層(5)が、この順に外側から積層されている構成を備えた積層体を得た後に、まとめてエージングを行ってもよい。
本発明の蓄電デバイス用容器は、本発明の蓄電デバイス用包装材を用い、外層側樹脂フィルム層(1)が凸面を構成し、ヒートシール層(5)が凹面を構成するように成型して得ることができる。なお、本発明でいう「凹面」とは、平たい状態の蓄電デバイス用包装材を成型加工して図2に示すようなトレイ状とした場合に、電解液を内部に収容し得る窪みを有する面という意であり、本発明でいう「凸面」とは、前記窪みを有する面の自背面の意である。
本発明の蓄電デバイスは、前記蓄電デバイス用容器を使用してなるものであり、例えば、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池、及び鉛蓄電池等の二次電池、並びに電気二重層キャパシタ等の電気化学キャパシタが空挙げられる。
一般的な蓄電デバイスは、電極を含む電池要素と該電極から延在するリードと収容する容器とを備え、本発明の蓄電デバイスでは、前記蓄電デバイス用容器が前記収納する容器に用いられる。前記収納する容器は、蓄電デバイス用包装材から、ヒートシール層(5)が内側となるように形成され、2つの包装材のヒートシール層(5)同士を対向させて重ね合わせ、重ねられた包装材の周縁部を熱融着して得られてもよいし、1つの包装材を折り返して重ね合わせ、同様に包装材の周縁部を熱融着してもよい。
共栓三角フラスコ中に試料(ポリエステルポリオール溶液)約1gを精密に量り採り、トルエン/エタノール(容量比:トルエン/エタノール=2/1)混合液100mlを加えて溶解した。これに、フェノールフタレイン試液を指示薬として加え、30秒間保持した。その後、溶液が淡紅色を呈するまで0.1Nアルコール性水酸化カリウム溶液で滴定し、次式により酸価(mgKOH/g)を求めた。
酸価(mgKOH/g)=(5.611×a×F)/S
ただし、S:試料の採取量(g)
a:0.1Nアルコール性水酸化カリウム溶液の消費量(ml)
F:0.1Nアルコール性水酸化カリウム溶液の力価
共栓三角フラスコ中に試料(ポリエステルポリオールや水酸基含有ウレタン樹脂等)約1gを精密に量り採り、トルエン/エタノール(容量比:トルエン/エタノール=2/1)混合液100mlを加えて溶解した。更にアセチル化剤(無水酢酸25gをピリジンで溶解し、容量100mlとした溶液)を正確に5ml加え、約1時間攪拌した。これに、フェノールフタレイン試液を指示薬として加え、30秒間持続した。その後、溶液が淡紅色を呈するまで0.1Nアルコール性水酸化カリウム溶液で滴定し、次式により水酸基価(mgKOH/g)を求めた。
水酸基価(mgKOH/g)=[{(b-a)×F×28.05}/S]+D
ただし、S:試料の採取量(g)
a:0.1Nアルコール性水酸化カリウム溶液の消費量(ml)
b:空実験の0.1Nアルコール性水酸化カリウム溶液の消費量(ml)
F:0.1Nアルコール性水酸化カリウム溶液の力価
D:酸価(mgKOH/g)
平均分子量及び分子量分布は、ショウデックス(昭和電工(株)製)、カラム:KF-805L、KF-803L、及びKF-802(昭和電工(株)製)、を用いて、カラムの温度を40℃、溶離液としてTHF、流速を0.2ml/分、検出をRI、試料濃度を0.02質量%、として測定した標準ポリスチレン換算の値を用いた。
ガラス転移温度は、DSC(示差走査熱量計)により測定した。具体的には、測定対象化合物を約2mg、アルミニウムパン上で秤量し、該アルミニウムパンをDSC測定ホルダーにセットし、5℃/分の昇温条件にて得られるチャートの吸熱ピークを読み取り、この時のピーク温度をガラス転移温度とした。
(ポリエステル1)
イソフタル酸166.4部、テレフタル酸138.6部、アジピン酸219.5部、エチレングリコール83.4部、ネオペンチルグリコール199.8部、ブチルエチルプロパンジオール92.4部、フェノール系酸化防止剤Irganox1010を2.7部仕込み、170~230℃で6時間エステル化反応を行った。所定量の水の留出後、テトライソブチルチタネート0.36部を添加し徐々に減圧し、1.3~2.6hPa、230~250℃で3時間エステル交換反応を行い、数平均分子量11,000、重量平均分子量24,000、分子量分布2.18、水酸基価11.6mgKOH/g、酸価0.2mgKOH/g、樹脂Tgが-8℃のポリエステルポリオールであるポリエステル1を得た。
過剰の多価アルコール成分がほぼ均等に留去したと仮定し、多塩基酸成分と多価アルコール成分との合計を200モル%とすると、得られたポリエステル1の組成は、表1に示すように、イソフタル酸:テレフタル酸:アジピン酸:エチレングリコール:ネオペンチルグリコール:ブチルエチルプロパンジオール=30:25:45:35:50:15(モル%)となる。フェノール系酸化防止剤Irganox1010はポリエステル原料合計の質量を基準として、0.3質量%となる。
共有結合の有無は、1H-NMRを測定することにより確認した。測定条件は、FT-NMR装置(JNM-ECZ400R)、共鳴周波数は400MHz、プローブは10mmスーパークールプローブ、測定温度は室温、パルス間隔は15秒、溶媒は重水素化クロロホルムとし、乾燥試料0.6gを重水素化クロロホルム4gに溶解した試料を用いた。未反応のフェノール系酸化防止剤(C-1:Irganox1010)について、t-ブチル基が結合した炭素の隣の炭素に結合した水素が6.98ppmのピークとなるのに対して、ポリエステル1では、前記ピーク強度が減少して、6.80~6.86ppmにブロードなピークが出現した。その他水素も前記同様に未反応時のピーク強度が減少して、反応後のブロードなピークが近傍に出現した。これにより、フェノール系酸化防止剤と水酸基含有ポリウレタン樹脂とが共有結合していることが確認できた。
得られるポリエステルポリオールの、多塩基酸成分と多価アルコール成分との合計を200モル%とした場合の各成分のモル%を表1に示す組成に変更した以外は、ポリエステル1と同様にして多塩基酸成分と多価アルコール成分とを反応させ、ポリエステル2~22を得た。
IPA:イソフタル酸
TPA:テレフタル酸
PA :オルトフタル酸
AdA:アジピン酸
SeA:セバシン酸
AzA:アゼライン酸
TMA:無水トリメリット酸
EG :エチレングリコール
NPG:ネオペンチルグリコール
BEPG:ブチルエチルプロパンジオール
MPO:2-メチル-1,3-プロパンジオール
DEG:ジエチレングリコール
1,6-HD:1,6-ヘキサンジオール
C-1:テトラキス-[メチレン-3-(3’,5’-ジ-t-ブチル-4’-ヒドロキシフェニル)プロピオネート]メタン(フェノール系酸化防止剤、Irganox1010、BASF社製)
C-2:1,3,5-トリメチル-2,4,6-トリス(3,5-ジ-t-ブチル-4-ヒドロキシベンジル)ベンゼン(フェノール系酸化防止剤、Irganox1330、BASF社製)
C-3:1,3,5-トリス(3’,5’-ジ-t-ブチル-4’-ヒドロキシベンジル)-S-トリアジン-2,4,6-(1H、3H、5H)トリオン(フェノール系酸化防止剤、Irganox3114、BASF社製)
(ウレタン(a)-1)
得られたポリエステル1を100部と、酢酸エチル43部とを4口フラスコに仕込み、85℃に昇温し、溶液が均一になるまで撹拌した。これにトリレンジイソシアネートを2.5部、ジブチル錫ジラウレート0.02部を添加し、4時間反応を行った。反応終了後、酢酸エチル59部を添加し、ウレタン結合濃度0.29mmol/g、Mw82,000、樹脂Tg-7℃、水酸基価1.6mgKOH/g、不揮発分50%の、水酸基を有するポリウレタン樹脂であるウレタン(a)-1溶液を得た。
表2に示す配合量に変更した以外は、ウレタン(a)-1と同様にして、ポリエステルポリオールとポリイソシアネートとを反応させ、水酸基を有するポリウレタン樹脂であるウレタン(a)-2~(a)-23を得た。
1,4BD:1,4-ブタンジオール
TMP:トリメチロールプロパン
TDI:トリレンジイソシアネート(コロネートT-80 東ソー株式会社製)
MDI:4,4’-ジフェニルメタンジイソシアネート(ミリオネートMT 東ソー株式会社製)
IPDI:イソホロンジイソシアネート(デスモジュールI コベストロ社製)
HDI:ヘキサメチレンジイソシアネート(デスモジュールH コベストロ社製)
[実施例1]
ウレタン(a)-1溶液を200部(固形換算で100部)、アミノ基を有するシランカップリング剤として3-アミノプロピルトリメトキシシラン0.05部を仕込み、10分撹拌した後に、コロネートL(東ソー株式会社製、固形分濃度75%、NCO含有量13.2%)を47部(固形換算で35部)仕込み、酢酸エチルで希釈して、固形分濃度25%の接着剤溶液を調製した。
厚み40μmのアルミニウム箔の一方の面に、塗布型リン酸クロメート処理剤(日本ペイント株式会社製 サーフコートNR-X)を塗布量0.03g/m2で塗布し、230℃で焼き付けを行った。その後、ドライラミネーターを用いて、厚み40μmのアルミニウム箔の前記表面処理を施した面に、外層側接着剤層(2)用として上記接着剤溶液を塗布し、溶剤を揮散させた後、厚み25μmの延伸ポリアミドフィルムを積層し中間積層体を得た。接着剤の乾燥後塗布量は3g/m2とした。
次いで、ドライラミネーターを用いて、得られた中間積層体のアルミニウム箔の他方の面に、後述する内層側接着剤層用接着剤を塗布し、溶剤を揮散させた後、厚み25μmの未延伸ポリプロピレンフィルムを積層し積層体を得た。接着剤の乾燥後塗布量は3g/m2とした。
次いで、60℃5日間のエージングを行い、外層側及び内層側の接着剤層を硬化させて、外層側樹脂フィルム層(1)/外層側接着剤層(2)/金属箔層(3)/内層側接着剤層(4)/ヒートシール層(5)の構成を備える蓄電デバイス用包装材を得た。
主剤としてAD-502(東洋モートン(株)製 ポリエステルポリオール)、硬化剤としてCAT-10L(東洋モートン(株)製 イソシアネート系硬化剤)を用いて、主剤/硬化剤=100/10(質量比)となるように配合し、酢酸エチルで固形分濃度25%に調整したものを、内層側接着剤層用接着剤として用いた。
表3の配合量(部)に変更した以外は実施例1と同様の所作を行い、蓄電デバイス用包装材を得た。
得られた蓄電デバイス用包装材について、以下の評価を行った。結果を表3に示す。
蓄電デバイス用包装材について、各々外観を目視で観察し、以下の基準で評価した。
A:塗布ヌケや縦筋が見られない(良好)
B:若干の塗布ヌケはあるが、縦筋は見られない(使用可能)
C:塗布ヌケ又は縦筋が見られる(使用不可)
蓄電デバイス用包装材を、各々200mm×15mmの大きさに切断し、引張り試験機を用いてT型剥離試験を行い、延伸ポリアミドフィルムとアルミニウム箔との間の剥離強度(N/15mm巾)を測定した。測定は、20℃65%RHの環境下にて、荷重速度50mm/分で行い、3個の試験片の平均値により、以下の基準で評価した。
S:剥離強度の平均値が5N以上(非常に良好)
A:剥離強度の平均値が4N以上、5N未満(良好)
B:剥離強度の平均値が3N以上、4N未満(使用可能)
C:剥離強度の平均値が3N未満(使用不可)
蓄電デバイス用包装材の両面にエルカ酸アマイドを0.02g/m2塗工した後、60×60mmの大きさに切断し、ブランクとした。前記ブランクに対し、延伸ポリアミドフィルムが外側になるようにして、成型高さフリーのストレート金型にて張り出し1段成型を行い、アルミニウム箔の破断や各層間の浮きが発生しない、最大の成型高さにより、以下の基準で成型性を評価した。
使用した金型のポンチ形状は、一辺29.4mmの正方形、コーナーR1mm、ポンチ肩R1mmである。使用した金型のダイス孔形状は、一片30.0mmの正方形、ダイス孔コーナーR1mm、ダイス孔肩R:1mmであり、ポンチとダイス孔とのクリアランスは0.3mmである。前記クリアランスにより成型高さに応じた傾斜が発生する。成型の高さに応じて、次の4段階の評価を行なった。
S:最大の成型高さが7mm以上である(非常に良好)
A:最大の成型高さが6mm以上、7mm未満である(良好)
B:最大の成型高さが5mm以上、6mm未満である(使用可能)
C:最大の成型高さが5mm未満である(使用不可)
前記と同様に成型高さ5mmにて張り出し1段成型して、成型物の張り出し中央を直接窪ませて、張り出しコーナー4カ所に谷折り皺をつけて変形させた後、フランジ4面を各温度・2kgf・5秒ヒートシールし、各層間の浮きが発生しない最高温度に応じて、次の4段階の評価を行った。
成型物を変形する理由は、電池用容器作成時及び電解液充填時における成型物の変形により、角型凸部中央が窪み、凸部コーナーにエクボ状の皺が寄る事で、ヒートシールにおいて凸部コーナーの層間に浮きが発生しやすくなるためである。 S:210℃でも浮き無し(非常に良好)
A:200℃では浮き無しだが、210℃で浮き有り(良好)
B:190℃では浮き無しだが、200℃で浮き有り(使用可能)
C:190℃で浮き有り(使用不可)
蓄電デバイス用包装材を60×60mmの大きさに切断し、ブランクとした。前記ブランクに対し、延伸ポリアミドフィルムが外側になるようにして、成型高さフリーのストレート金型にて成型高さ5mmにて張り出し1段成型を行い、成型物を得た。
次いで、成型物を85℃85%RH雰囲気下の恒温恒湿槽に入れて、200時間毎に、恒温恒湿槽から取り出し、浮きが発生していないかを目視で確認し、以下の基準で評価した。
S:1000時間後も浮き無し(非常に良好)
A:800時間後は浮きが無いが、1000時間後に浮き有り(良好)
B:600時間後は浮きが無いが、800時間後に浮き有り(使用可能)
C:600時間後以下で浮き有り(使用不可)
静置の条件を、85℃85%RHから120℃に変更した以外は、成型物の耐湿熱性評価と同様にして、浮きが発生していないかを目視で確認し、以下の基準で評価した。
S:1000時間後も浮き無し(非常に良好)
A:800時間後は浮きが無いが、1000時間後に浮き有り(良好)
B:600時間後は浮きが無いが、800時間後に浮き有り(使用可能)
C:600時間後以下で浮き有り(使用不可)
C-1:テトラキス-[メチレン-3-(3’,5’-ジ-t-ブチル-4’-ヒドロキシフェニル)プロピオネート]メタン(Irganox1010、BASF社製)
EP-1:ビスフェノールA型エポキシ樹脂(JER1002、三菱ケミカル社製、エポキシ当量650、分子量約1200)
EP-2:ビスフェノールA型エポキシ樹脂(JER834、三菱ケミカル社製、エポキシ当量250、分子量約470)
SC-1:3-アミノプロピルトリメトキシシラン
SC-2:3-アミノプロピルトリエトキシシラン
NCO-1:トリレンジイソシアネートのトリメチロールプロパン付加物(コロネートL 東ソー株式会社製、不揮発分濃度75%、NCO含有量13.2%)
NCO-2:イソホロンジイソシアネートのイソシアヌレート構造体(VESTANAT(登録商標) T 1890/100 エボニック社製 NCO含有量17.3%)
NCO-3:ヘキサメチレンジイソシアネートとイソホロンジイソシアネートのイソシアヌレート構造体(デュラネートMHG-80B 旭化成社製 NCO含有量15.0%)
なお、比較例3は、国際公開第2018/117082号の実施例に基づき、比較例4は、特開2019-156925号公報の実施例に基づき、比較例5は、特開2016-196580号公報の実施例に基づき、比較例6は、特開2019-117706号公報の実施例に基づき、比較例7は、特開2017-25287号公報の実施例に基づき、比較例8は、国際公開第2021/039338号に基づく。
比較例5は、酸基価含有ポリウレタン樹脂の芳香族多塩基酸比率が高く、分子量が低いため、接着剤層が硬脆くなり、接着性や成型性が大幅に低下した。そのため、成型高さ5mmの成型物が得られず、変形成型物のヒートシール耐性と成型物の耐久性評価には進めなかった。比較例7は、水酸基含有ポリウレタン樹脂のウレタン結合濃度が高く、フェノール系酸化防止剤が含まれていない為、成型物の高温耐久性が低下した。比較例9は、主剤に水酸基含有ポリウレタン樹脂を含んでいないため、成型物の湿熱耐久性と高温耐久性が低下した。
(2):外層側接着剤層
(3):金属箔層
(4):内層側接着剤層
(5):ヒートシール層
Claims (10)
- ポリオール主剤(A)とポリイソシアネート硬化剤(B)とを含有する蓄電デバイス包装材用ポリウレタン接着剤であって、
前記ポリオール主剤(A)が、ポリエステルポリオールとポリイソシアネートとの反応物である水酸基を有するポリウレタン樹脂を含み、且つ、ポリオール主剤(A)の質量を基準として、フェノール系酸化防止剤(C)を0.03~3質量%含み、
前記水酸基を有するポリウレタン樹脂は、前記フェノール系酸化防止剤(C)の少なくとも一部が共有結合を介して結合した構造を有する、蓄電デバイス包装材用ポリウレタン接着剤。 - 前記ポリオール主剤(A)が、さらにエポキシ樹脂を含む、請求項1に記載の蓄電デバイス包装材用ポリウレタン接着剤。
- 前記ポリオール主剤(A)が、さらにアミノ基を有するシランカップリング剤を含む、請求項1又は2に記載の蓄電デバイス包装材用ポリウレタン接着剤。
- 前記アミノ基を有するシランカップリング剤の含有量が、前記ポリオール主剤(A)の質量を基準として、0.05~5質量%である、請求項3に記載の蓄電デバイス包装材用ポリウレタン接着剤。
- 前記水酸基を有するポリウレタン樹脂は、ウレタン結合濃度が0.10~0.90mmol/gである、請求項1~4いずれか1項に記載の蓄電デバイス包装材用ポリウレタン接着剤。
- 前記水酸基を有するポリウレタン樹脂は、重量平均分子量が30,000~100,0
00である、請求項1~5いずれか1項に記載の蓄電デバイス包装材用ポリウレタン接着剤。 - 前記水酸基を有するポリウレタン樹脂を構成するポリエステルポリオールが、多塩基酸と多価アルコールとの反応生成物であり、前記多塩基酸成分100モル%中、芳香族多塩基酸成分を55~80モル%含む、請求項1~6いずれか1項に記載の蓄電デバイス包装材用ポリウレタン接着剤。
- 少なくとも、外層側樹脂フィルム層(1)、外層側接着剤層(2)、金属箔層(3)、内層側接着剤層(4)及びヒートシール層(5)が、この順に外側から積層されている構成を備えた蓄電デバイス用包装材であって、前記外層側接着剤層(2)が請求項1~7いずれか1項に記載の蓄電デバイス包装材用ポリウレタン接着剤の硬化物である、蓄電デバイス包装材。
- 請求項8に記載の蓄電デバイス包装材から形成されてなる蓄電デバイス用容器であって、外層側樹脂フィルム層(1)が凸面を構成し、ヒートシール層(4)が凹面を構成している、蓄電デバイス用容器。
- 請求項9に記載の蓄電デバイス用容器を備えてなる蓄電デバイス。
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