JP7427955B2 - 延伸フィルム及び微多孔フィルム - Google Patents
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Description
例えば、特許文献1(特開2014-139008号公報)には、シラン変性ポリオレフィン層とシラノール縮合触媒含有ポリオレフィン層を積層して積層フィルムとし、電子部材充填フィルムとする発明が開示されている。また、特許文献2(特開平9-216964号公報)には、シラン基を導入した架橋ポリオレフィンとポリエチレンとを必須成分とする多孔質フィルムを電池用セパレータとする発明が開示されている。
このため、電池用セパレータに適用する多孔質フィルムには、耐熱収縮性に優れることが強く望まれる。
また、特許文献2に記載の多孔質フィルムは、熱収縮による変形(湾曲)や表面の凹凸が起こることがあり、電池用セパレータに用いる多孔質フィルムとして不十分であった。
(1)ゲル分率が65質量%以上
(2)190℃、2.16kgにおけるメルトフローレート(MFR)が0.05g/10分以上、2g/10分以下
<変性前組成物のエチレン含有指標の測定・算出方法>
膜厚100μmの変性前組成物のシートについて、下記測定条件で透過モードにてFT-IR測定を行い、下記算出方法で算出した。
<測定条件>
積算回数:32
分解:4cm-1
スキャンスピード:2mm/sec
<算出方法>
エチレン含有指標
=(変性前組成物のエチレン基に由来するピーク高さ)/(変性前組成物のプロピレン基に由来するピーク高さとエチレン基に由来するピーク高さの和)
なお、本明細書において、「~」を用いてその前後に数値又は物性値を挟んで表現する場合、その前後の値を含むものとして用いることとする。
プロピレン単独重合体、プロピレン・エチレン共重合体等のプロピレン・α-オレフィン共重合体のMFRは、JIS K7210(1999)に記載の方法に従って、230℃、荷重2.16kgで測定された値である。
エチレン・α-オレフィン共重合体、変性エチレン・α-オレフィン共重合体組成物のMFRは、JIS K7210(1999)に記載の方法に従って、190℃、荷重2.16kgで測定された値である。
密度は、いずれもJIS K7112(1992)A法に準拠して測定された値である。
(1)ゲル分率が65質量%以上
(2)190℃、2.16kgにおけるメルトフローレート(MFR)が0.05g/10分以上、2g/10分以下
本発明の変性前組成物は、プロピレン系重合体及びエチレン・α-オレフィン共重合体(ただし、α-オレフィンはプロピレンを除く)を含む組成物であり、通常、プロピレン系重合体とエチレン・α-オレフィン共重合体(ただし、α-オレフィンはプロピレンを除く)との混合物である。
本発明におけるプロピレン系重合体は、プロピレン単独重合体(プロピレンホモポリマー)及び/又はプロピレン・α-オレフィン共重合体である。なお、本発明において、プロピレン・α-オレフィン共重合体のα-オレフィンはエチレンを含む広義のα-オレフィンであり、従って、プロピレン・α-オレフィン共重合体にはプロピレン・エチレン共重合体が含まれる。
また、プロピレン・α-オレフィン共重合体についても1種のみを用いてもよく、α-オレフィンの種類や共重合組成、物性等の異なるものを2種以上混合して用いてもよい。
また、プロピレン単独重合体の1種又は2種以上とプロピレン・α-オレフィン共重合体の1種又は2種以上とを混合して用いてもよい。
2種以上を混合して用いる場合、それぞれのプロピレン系重合体が以下の好適物性等を満たすものであればよい。
プロピレン単独重合体の密度は、880kg/m3以上、965kg/m3以下が好ましく、より好ましくは890kg/m3以上、960kg/m3以下である。プロピレン単独重合体の密度が上記上限値を超えると、架橋により得られるシラン架橋体及びフィルムの剛性がかなり高くなってしまい、例えば、使用時の形状自由度が損なわれる。プロピレン単独重合体の密度が上記下限値未満であると、耐熱収縮性や耐熱性が悪化する恐れがある。
プロピレン・α-オレフィン共重合体としては、プロピレンと炭素数2、4~20のα-オレフィンとの共重合体が挙げられるが、該プロピレン・α-オレフィン共重合体は、構成単位であるα-オレフィンとしてエチレンを含むこと、即ちプロピレン・エチレン共重合体を含有することが好ましい。
本発明で用いるエチレン・α-オレフィン共重合体のα-オレフィンにはプロピレンは含まれない。このエチレン・α-オレフィン共重合体としては、エチレンと炭素数4~20のα-オレフィンとの共重合体が挙げられる。
エチレン・α-オレフィン共重合体の密度は、主にエチレンと共重合する他のα-オレフィンの導入量等によって調整することができる。
エチレン・α-オレフィン共重合体の密度が上記上限値を超えると、架橋により得られるシラン架橋体及びフィルムの剛性がかなり高くなってしまい、例えば、使用時の形状自由度が損なわれる。エチレン・α-オレフィン共重合体の密度が上記下限値未満であると、耐熱収縮性や耐熱性が悪化する恐れがある。
エチレン・α-オレフィン共重合体のMFRが0.5g/10分未満であると、変性時の粘度が高くなり、変性時の押出特性が悪化するのみならず、得られる変性エチレン・α-オレフィン共重合体組成物のMFRも大幅に低下してしまい、その結果、フィルム成形時の圧力も大幅に上昇してしまい、例えばトルク異常や、表面性が悪化するメルトフラクチャーの発生等、押出成形性が悪化する。一方、エチレン・α-オレフィン共重合体のMFRが5g/10分を超えると、得られる変性エチレン・α-オレフィン共重合体組成物のMFRも高くなってしまい、フィルム成形時のドローダウンの発生等で、やはり押出成形性が悪化してしまう。
本発明の変性前組成物におけるプロピレン系重合体とエチレン・α-オレフィン共重合体(ただし、α-オレフィンはプロピレンを除く)の割合は、プロピレン系重合体が0.20~30質量%で、エチレン・α-オレフィン共重合体が99.80~70質量%であることが好ましく、プロピレン系重合体が2~25質量%で、エチレン・α-オレフィン共重合体が98~75質量%であることがより好ましく、プロピレン系重合体が5~22質量%で、エチレン・α-オレフィン共重合体が95~78質量%であることが特に好ましい。
上記範囲よりもプロピレン系重合体の割合が多く、エチレン・α-オレフィン共重合体の割合が少ないとフィルムの押出外観が荒れ、架橋処理後のゲル分率が低下する傾向がある。逆に、上記範囲よりもプロピレン系重合体の割合が少なく、エチレン・α-オレフィン共重合体の割合が多いと耐熱収縮性が悪化する傾向がある。
変性前組成物の融解終了点は、後述の実施例の項に記載の方法で測定される。
本発明の変性エチレン・α-オレフィン共重合体組成物は、上記の本発明の変性前組成物を不飽和シラン化合物によりグラフト変性してなり、本発明の変性前組成物に、加水分解可能な有機基を有するオレフィン性不飽和シラン化合物を、ラジカル発生剤の存在下に共重合させることによって得ることができる。この反応において、不飽和シラン化合物は、ベースとなる本発明の変性前組成物中のプロピレン系重合体やエチレン・α-オレフィン共重合体相互の架橋点となるよう、それぞれの重合体にグラフト化されるものである。
RSiR’nY3-n (1)
(式(1)中、Rは1価のオレフィン性不飽和炭化水素基を示し、Yは加水分解し得る有機基を示し、R’は脂肪族不飽和炭化水素以外の1価の炭化水素基あるいはYと同じものを示し、nは0、1又は2を示す。)
CH2=CHSi(OA)3 (2)
(式(2)中、Aは炭素数1~8の1価の炭化水素基を示す。)
上記一般式(2)で表される不飽和シラン化合物としては、具体的には、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシランが挙げられる。
CH2=C(CH3)COOC3H6Si(OA)3 (3)
(式(3)中、Aは式(2)におけると同義である。)
上記一般式(3)で表される不飽和シラン化合物としては、例えばγ-メタクリロイルオキシプロピルトリメトキシシラン、γ-メタクリロイルオキシプロピルトリエトキシシラン等が挙げられる。
変性エチレン・α-オレフィン共重合体組成物のMFRが0.05g/10分より低い場合、フィルム成形時の圧力が大幅に上昇してしまい、たとえばトルク異常や、表面性が悪化するメルトフラクチャーの発生等、押出成形性が悪化する。一方、変性エチレン・α-オレフィン共重合体組成物のMFRが2g/10分を超えると、フィルム成形時のドローダウンの発生等で、やはり押出成形性が悪化してしまう。
変性エチレン・α-オレフィン共重合体組成物にジオクチルスズジラウリレートを0.05質量%添加(実際にはMFR:1g/10分、密度920kg/m3の直鎖状低密度ポリエチレンにジオクチルスズジラウリレートを1質量%添加したマスターバッチを添加)し、溶融混練後、210℃にて0.5mm厚みに押出したシートを80℃温水中、24時間架橋処理したサンプルを用い、1mm四方に裁断したサンプル約0.5g(試料重量をG1(g)とする)を200メッシュの金網中で、キシレン中、120℃で8時間還流した後、金網上に残った沸騰キシレン不溶分を10Torrの真空中において80℃で8時間乾燥させてその重量を精量し(精量した沸騰キシレン不溶分の重量をG2(g)とする)、下記式(4)により求める。
ゲル分率(%)=G2(g)÷G1(g)×100 (4)
本発明の変性エチレン・α-オレフィン共重合体組成物は、架橋触媒の存在下、架橋反応させてなるシラン架橋体として、本発明のフィルムを構成する。
変性エチレン・α-オレフィン共重合体組成物の架橋反応に用いる架橋触媒としては、シラノール縮合触媒が好ましく使用される。以下、シラノール触媒について詳述する。
シラノール縮合触媒による架橋反応は、通常、変性エチレン・α-オレフィン共重合体組成物にシラノール縮合触媒を配合した組成物を押出成形、射出成形、プレス成形等の各種成形方法により成形した後、水雰囲気中に曝すことにより、シラノール基間の架橋反応を進行させて行われる。水雰囲気中に曝す方法は、各種の条件を採用することができ、水分を含む空気中に放置する方法、水蒸気を含む空気を送風する方法、水浴中に浸漬する方法、温水を霧状に散水させる方法等が挙げられる。
本発明のフィルムは、変性エチレン・α-オレフィン共重合体組成物を架橋触媒の存在下に架橋反応させてなるシラン架橋体よりなるものであり、通常、本発明の変性エチレン・α-オレフィン共重合体組成物と架橋触媒とを含む原料を押出機に円筒状のダイスまたはTダイを設置した成形機で溶融混練、押出成形することによりフィルム成形した後、架橋処理することで製造される。以下、フィルム成形の一例について説明する。
従来技術では、成形および架橋処理によって、フィルムがロール状の状態で収縮して設計通りの寸法が得られず製品とならない場合があったが、本発明の変性エチレン・α-オレフィン共重合体組成物によれば、融点が高く耐熱収縮性に優れ、寸法変化が殆どなく、耐熱性・耐熱収縮性に優れた高品質の架橋フィルムを歩留りよく製造することができる。
本発明のフィルムを延伸して延伸フィルムを得る方法としては、従来公知の種々の方法を採用することができ、その製法は特に限定されない。また、延伸方向は、一軸延伸であっても二軸延伸であってもよく、また逐次延伸であっても、同時延伸であってもよい。この場合、架橋処理は延伸後に行うことが好ましい。
ここで、微多孔フィルムとは、孔径が0.1μm以下というような微細孔が形成された多孔質フィルムをいう。
本実施形態の多孔質フィルムを製造する方法としては、従来公知の種々の手法を採用することができる。例えば、本発明の変性前組成物を不飽和シラン化合物によりグラフト変性した変性エチレン・α-オレフィン共重合体組成物と架橋触媒を配合した原料をフィルム状に成形し、ついでこのフィルムを延伸法により多孔質化した後、変性エチレン・α-オレフィン共重合体組成物を架橋反応させることにより作製できる。
D=V2/V1 (5)
M1(%)=[(L1-L0)/L0]×100 (6)
M2(%)=[L2-L1]/L0]×100 (7)
本実施形態のフィルムの厚みは、要求性能、例えば用途、最終製品の形状、要求される物性等に応じて、任意に設定することができ、特に限定されない。例えば食品包装用や工業製品包装用、電子部材のフィルムとして用いる場合、無延伸のフィルムの総厚みは10~5000μmが好ましく、より好ましくは20~4000μm、さらに好ましくは30~3000μmである。また、該用途に用いる場合の延伸フィルムの総厚みは1~500μmが好ましく、より好ましくは2~400μm、さらに好ましくは3~300μmである。
また、本発明のフィルムは厚みなどによってはシートとして使用することも可能である。
本発明のフィルム、延伸フィルム及び微多孔フィルムの用途は、電池用セパレータとしての用途が好ましい。また、それ以外の用途としても、本発明のフィルム、延伸フィルム及び微多孔フィルムの特性や機能を使った様々な用途にも適用してもよい。例えば、食品及び医療品包装材、電子部材充填材、耐熱性樹脂微多孔フィルム、分離膜、建築用通気性フィルム、衣料用通気性フィルムとして好適に用いることもできる。
以下の製造例では、プロピレン系重合体、エチレン・α-オレフィン共重合体として以下のものを用いた。
PP1:Lyodellbasell社製Adflex Q300F
プロピレン・エチレン共重合体
プロピレン含有量:65質量%
MFR(230℃/2.16kg):0.8g/10分
密度:890kg/m3
PE1:Lotte Chemical Titan社製Titanzex HM5000
エチレン・n-ブテン共重合体
MFR(190℃/2.16kg):0.8g/10分
密度:951kg/m3
PE2:Lotte Chemical Titan社製UN414
エチレン・n-ブテン共重合体
MFR(190℃/2.16kg):2.0g/10分
密度:920kg/m3
PE3:ダウケミカル日本社製エンゲージ8003
エチレン・n-オクテン共重合体
MFR(190℃、2.16kg):1.0g/10分
密度:885kg/m3
PE4:ダウケミカル日本社製INFUSE9010
エチレン・n-オクテン共重合体
MFR(190℃、2.16kg):0.5g/10分
密度:877kg/m3
PE1:Lotte Chemical Titan社製Titanzex HM5000(エチレン・n-ブテン共重合体)と、PE2:Lotte Chemical社製UN414(エチレン・n-ブテン共重合体)と、PP1:Lyodellbasell社製Adflex Q300F(プロピレン・エチレン共重合体)を80:10:10の質量割合で混合して変性前組成物1とした。
日立ハイテクサイエンス社製の示差走査熱量計、商品名「DSC6220」を用いて、JIS K7121(2010)に準じて、試料約5mgを加熱速度10℃/分で20℃から200℃まで昇温し、200℃で3分間保持した後、冷却速度10℃/分で-10℃まで降温し、その後、加熱速度10℃/分で200℃まで昇温した時に測定されたサーモグラムから補外ピーク終了点(℃)を算出し融解終了点とした。
エチレン含有指標は、FT-IR(赤外分光)装置(FT/IR-610、JASCO社製)により測定した。この時、試料を膜厚100μmとなるように160℃でプレスし、下記の条件で透過モードで測定し、以下の方法で算出した。
<測定条件>
積算回数:32
分解:4cm-1
スキャンスピード:2mm/sec
<算出方法>
エチレン含有指標は以下の式で算出した。
エチレン含有指標
=(変性前組成物のエチレン基に由来するピーク高さ)/(変性前組成物のプロピレン基に由来するピーク高さとエチレン基に由来するピーク高さの和)
なお、エチレン基に由来するピーク高さは700~750cm-1におけるピーク高さであり、プロピレン基に由来するピーク高さは2700~2900cm-1におけるピーク高さである。
得られた変性エチレン・α-オレフィン共重合体組成物1のMFR(JIS K7210,190℃,2.16kg)と密度を以下の方法で測定した。結果を表-1に示す。
また、変性エチレン・α-オレフィン共重合体組成物1について、前述の方法でゲル分率を測定し、結果を表-1に示した。
JIS K7210(1999)に準拠して、190℃、2.16kg荷重にて測定した。
JIS K7112(1999)A法に準拠して、徐冷プレスにて成形した厚さ2mm、長さ40mm、幅15mmの試験片を用い、水中置換法にて測定した。
PE1:Lotte Chemical Titan社製Titanzex HM5000(エチレン・n-ブテン共重合体)と、PE2:Lotte Chemical社製UN414(エチレン・n-ブテン共重合体)と、PE3:ダウケミカル日本社製エンゲージ8003(エチレン・n-オクテン共重合体)を80:10:10の質量割合で混合して変性前組成物2とした。
変性前組成物2について前述の方法で測定した融解終了点を表-1に示す。
変性前組成物1の代りに変性前組成物2を用いたこと以外は製造例1と同様にして、変性エチレン・α-オレフィン共重合体組成物2を得た。
得られた変性エチレン・α-オレフィン共重合体組成物2のMFR、密度、ゲル分率を前述の方法で測定した。結果を表-1に示す。
PE1:Lotte Chemical Titan社製Titanzex HM5000(エチレン・n-ブテン共重合体)と、PE2:Lotte Chemical社製UN414(エチレン・n-ブテン共重合体)と、PE4:ダウケミカル日本社製INFUSE9010(エチレン・n-オクテン共重合体)を80:10:10の質量割合で混合して変性前組成物3とし、変性前組成物1の代りに変性前組成物3を用いたこと以外は製造例1と同様にして変性エチレン・α-オレフィン共重合体組成物3を得た。
変性前組成物3について前述の方法で測定した融解終了点と、変性エチレン・α-オレフィン共重合体組成物3について前述の方法で測定したMFR、密度、ゲル分率を表-1に示す。
PE1:Lotte Chemical Titan社製Titanzex HM5000(エチレン・n-ブテン共重合体)と、PE2:Lotte Chemical社製UN414(エチレン・n-ブテン共重合体)を90:10の質量割合で混合して変性前組成物4とし、変性前組成物1の代りに変性前組成物4を用いたこと以外は製造例1と同様にして変性エチレン・α-オレフィン共重合体組成物4を得た。
変性前組成物4について前述の方法で測定した融解終了点と、変性エチレン・α-オレフィン共重合体組成物4について前述の方法で測定したMFR、密度、ゲル分率を表-1に示す。
変性エチレン・α-オレフィン共重合体組成物1の100質量部に対して、シラノール縮合触媒マスターバッチ(1質量%スズ触媒(ジオクチル錫ジラウレート)含有直鎖状低密度ポリエチレン(MFR:4g/10分、密度:900kg/m3)マスターバッチ)5質量部をドライブレンドし、20mm単軸押出機を備えたTダイフィルム成形機に供給し、ダイス温度220℃、ライン速度2m/minで厚み100μmの未架橋フィルムを作製した。このフィルムを30cmの長さに切り出し、恒温恒湿器にて85℃、85%RHの環境下で16時間静置して架橋処理を行い、シラン架橋ポリオレフィンフィルム1を得た。
変性エチレン・α-オレフィン共重合体組成物1の代りに、変性エチレン・α-オレフィン共重合体組成物2を用いたこと以外は、実施例1と同様に未架橋フィルムを作製し、同様に架橋処理してシラン架橋ポリオレフィンフィルム2を得た。
変性エチレン・α-オレフィン共重合体組成物1の代りに、変性エチレン・α-オレフィン共重合体組成物3を用いたこと以外は、実施例1と同様に未架橋フィルムを作製し、同様に架橋処理してシラン架橋ポリオレフィンフィルム3を得た。
変性エチレン・α-オレフィン共重合体組成物1の代りに、変性エチレン・α-オレフィン共重合体組成物4を用いたこと以外は、実施例1と同様に未架橋フィルムを作製し、同様に架橋処理してシラン架橋ポリオレフィンフィルム4を得た。
得られたシラン架橋ポリオレフィンフィルムの外観を目視観察し、以下の基準で評価した。
1:溶融樹脂が切断してしまい製膜ができていない。
2:皺が多く厚みムラ・欠点が多く見られる。フィルム幅も均一ではない。
3:フィルム幅は均一であるが、皺・欠点が確認される。
4:皺が無く、フィルムの厚み、幅も均一である。
得られたシラン架橋ポリオレフィンフィルムを長さ5cm、幅5cmに切出し、120℃のギアオーブンに1時間静置した後の外観を目視観察し、以下の基準で評価した。
1:長さ方向と幅方向に収縮し、皺が多く全面に凹凸が見られる。
2:皺は無いが長さ方向にカールして円筒状に変形し形状を保持できない。
3:皺は無いが長さ方向に変形しフィルムの湾曲が見られる。
4:皺、変形、収縮が見られない。
◎:製膜性、高温耐熱収縮性がともに4
△:製膜性、高温耐熱収縮性がともに3または4(ともに4の場合を除く)
×:製膜性、高温耐熱収縮性の一方又は双方が1または2
Claims (6)
- 構成単位としてプロピレンを55質量%以上含むプロピレン系重合体及びエチレン・α-オレフィン共重合体(ただし、α-オレフィンはプロピレンを除く)を含む組成物(以下、「変性前組成物」と称す。)を不飽和シラン化合物によりグラフト変性した変性エチレン・α-オレフィン共重合体組成物を架橋触媒の存在下に架橋反応させてなるシラン架橋体よりなるフィルムを延伸してなる延伸フィルムであって、該変性エチレン・α-オレフィン共重合体組成物が下記(1)~(2)を満たす延伸フィルム。
(1)ゲル分率が65質量%以上
(2)190℃、2.16kgにおけるメルトフローレート(MFR)が0.05g/10分以上、2g/10分以下 - 前記プロピレン系重合体が、プロピレン・エチレン共重合体を含む、請求項1に記載の延伸フィルム。
- 前記変性前組成物について、以下の方法で測定、算出されたエチレン含有指標が0.10~0.95である、請求項2に記載の延伸フィルム。
<変性前組成物のエチレン含有指標の測定・算出方法>
膜厚100μmの変性前組成物のシートについて、下記測定条件で透過モードにてFT-IR測定を行い、下記算出方法で算出した。
<測定条件>
積算回数:32
分解:4cm-1
スキャンスピード:2mm/sec
<算出方法>
エチレン含有指標
=(変性前組成物のエチレン基に由来するピーク高さ)/(変性前組成物のプロピレン基に由来するピーク高さとエチレン基に由来するピーク高さの和) - 前記変性前組成物の示差走査熱量計(DSC)で測定される融解の終了ピーク温度が160℃以上である、請求項1~3のいずれかに記載の延伸フィルム。
- 前記架橋触媒がシラノール縮合触媒である、請求項1~4のいずれかに記載の延伸フィルム。
- 請求項1~5のいずれかに記載の延伸フィルムを用いた微多孔フィルム。
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