JPH0192243A - ポリオレフイン微孔性膜の製造方法 - Google Patents

ポリオレフイン微孔性膜の製造方法

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JPH0192243A
JPH0192243A JP62326437A JP32643787A JPH0192243A JP H0192243 A JPH0192243 A JP H0192243A JP 62326437 A JP62326437 A JP 62326437A JP 32643787 A JP32643787 A JP 32643787A JP H0192243 A JPH0192243 A JP H0192243A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、電解コンデンサ、電気2重層コンデンサ、バ
ッテリー等のセパレータあるいはミクロフィルターとし
て好適なポリオレフィン微孔性膜の製造方法に関するも
のである。
なお、ここでいう微孔性膜とは、少なくとも厚み方向に
連続した微細孔を有するフィルム状、チューブ状あるい
は中空糸状のものを指す。
[従来の技術] ポリオレフィン微孔性膜の製造方法としては、従来より
、可塑剤等の常温有機液体を無機微粒子に吸着させ、ポ
リオレフィンに添加し、シート成形後、該常温有機液体
あるいは無機微粒子を抽出する方法(特公昭58−32
171等)が知られている。
[発明が解決しようとする問題点コ しかしながら、該方法では、次の様な問題点を有してい
た。すなわち、有機液体をポリオレフィンに添加する方
法では、担体として特定団の無機微粒子が必須であるた
め、中密度ポリエチレン、低密度ポリエチレン、ポリプ
ロピレン、ポリ4メヂルペンテン1等の側鎖分岐の多い
、チクソトロピー性の強いポリマーに関し、該技術を適
用しようとすると無機粒子添加によりざらにチクソトロ
ピー性が強まり、押出安定性が得られないため、厚みの
均一性に劣り、特に膜厚の薄い微孔性膜が得られない、
あるいは、無機粒子を添加するために、後工程で抽出す
る場合でも完全に抽出するためには長時間必要であった
り、無機粒子の凝集物が原因と思われるボイド状欠点が
あるという問題点があった。
[問題点を解決するだめの手段] 本発明はポリオレフィンと、抽出可能な有機固体とのブ
レンド物を溶融押出し、冷却・固化後、該有機固体を抽
出することにより、連続した微細孔を有する微孔性膜を
形成する方法において、該有機固体の融点が35〜10
0℃、分子吊が200〜1000で、かつ分子構造中に
分極性及び極性基を含有するものであり、該ブレンド物
を成形する際の冷却温度が、該有機固体の融点以上、該
ポリオレフィンの溶融結晶化温度の範囲であることを特
徴とするポリオレフィン微孔性膜の製造方法に関するも
のである。
本発明においてポリオレフィンとは、高密度ポリエチレ
ン、中密度ポリエチレン、低密度ポリエチレン、ポリプ
ロピレン、ポリブテン、ポリメチルペンテン、ポリメヂ
ルブテン等のαオレフイン重合体及びこれらの共重合体
及びブレンド体である。
これらの中でも、ポリエチレン系樹脂、ポリプロピレン
系樹脂が、機械特性、耐薬品性、コスト性にバランスし
ており、特にポリプロピレン樹脂(以下PP樹脂と略称
する)は、耐熱性の点で優れているので好ましい。さら
に機械強度を良好とし、微細孔を均一とするためには、
PP樹脂の極限粘度(以下[η]と略称する)が2.1
〜3゜3dl/g、好ましくは、2.3〜3.0dl/
(]の範囲のものが優れている。
また、該PP樹脂のアイソタクチックインデックス(以
下IIと略称する)は、93%以上で必ることか好まし
く、さらに好ましくは97%以上であるaIIがこの範
囲にあると空孔径、空孔率共に良好となるばかりか、添
加した有機固体の抽出速度が大きく、抽出時間が短時間
ですみコスト性に優れる。
次に、本発明に用いる抽出可能な有機固体とは、融点が
35〜100℃であることが必要であり、好ましくは、
45へ一80℃である。、融点が低ずぎると、PPとの
ブレンド時に押出機スクリューの供給部でスリップを生
じる原因となり、実質的にブレンドできず、無機微粒子
の添加が必須となり、本発明の目的を果たさない。
一方、融点が高ずぎると、抽出速度が遅くなり、コスト
的な問題を生じるばかりか、ポリオレフィンとのブレン
ド物をキャストした際の相分離構造が不均一となり、孔
径分布が広がったり、延伸できない場合も生ずる。
また、有機固体の分子口は、200〜1000であるこ
とが必要であり、好ましくは、300〜500である。
分子量が小さすぎると、ポリオレフィンに対する溶解性
が高くなっていくために、空孔率、空孔径共に小さいも
のしかできず、本発明の目的を果たさない。一方、分子
mが大きすぎると、該有機固体のポリオレフィン中での
分散径が大きくなり、形成される空孔が大きく、孔径分
布も広がり、本発明の目的を果たさない。また、抽出時
間も長くなるため、コストアップの原因となる。
更に、該有機固体の分子構造の中には、分極性及び極性
基を含有していることが必要である。ここで、分極性の
基とは、ベンゼン環、ナフタレン環等の芳香族環を含む
基を指し、極性基とは、例えば岩波書店「理化学辞典J
に記されているような有極性分子を構成要素とするもの
であり、カルボニル基、アミノ基、スルホン基、水酸基
等が例示される。該有機固体中に分極性の基のみでおる
様な、例えば、低分子量ポリスチレンの様なものでは、
ポリオレフィンに対する分散性が極めて高いために、多
量に添加し抽出したとしても、孔径、空孔率共に低いも
のしかできず、電解液を含浸した際の抵抗が増大する。
一方、極性基のみを含有する様なtfi機固体、例えば
、脂肪酸ニスデルの様なものでは、ポリオレフィンに多
0に添加した際に相分離構造の分散径が大きくなるため
か、キャス1へされたシートおるいはデユープ状物が著
しくもろくなり引続くプロセスが実質的に不可能である
。もちろん、極性基及び分極性基のいずれも含有しない
ような物質では、ポリオレフィンに添加した際の相分離
構造が均一に形成できないばかりか、抽出溶媒がポリオ
レフィンを溶解し易いものに限定されてくるために抽出
が回動になる。
以上の様な特性を有する有機固体の中でも、塩化ビニル
等の可塑剤として使用されているフタル酸エステル、リ
ン酸エステル等が優れており、特に、ジシクロへキシル
フタレート(DCHP)。
あるいはトリフェニルフォスフエイト(TPP)から選
ばれた少なくとも1種であることが好ましい。
該有機固体の添加量は、ポリオレフィン樹脂100容1
部に対し、80〜180容量部でおることが好ましく、
さらに好ましく90〜160@ffi部であることが望
ましい。添加量が少ないと、連続した微細孔が形成され
ず、電解コンデンサ等のセパレータとして使用した場合
、電解液抵抗が増大し、使用できない。一方、添加量が
多すぎると、押出機に原料を供給した際に、吐出変動を
生じ、均一な膜にならないばかりか、膜の機械強度が低
下し、使用に耐えない。
また、ポリオレフィン樹脂には、熱安定剤、酸化防止剤
、有機あるいは無機滑剤、帯電防止剤等を添加しても良
く、特にステアリン酸カルシウム等の脂肪酸の金属塩を
全組成物に対して0.01〜5手量部添加しておくと、
吐出性等が良好となるので好ましい。
さらに、無機微粒子の添加については、添加による押出
し性の悪化が生じない範囲で添加することは許されるが
、極力添加しないことが好ましく、ポリオレフィン樹脂
100容最部に対し、10容徂部以下、ざらに好ましく
は5容最部以下としておくことが好ましい。
次に上述のブレンド物を溶融押出し、成形する際の湿度
は、該有機固体の融点(Tml)以上、該ポリオレフィ
ンの溶融納品化温度(丁mc)下で冷却することが必要
であり、好ましくは、Tml〜(Tn+1+Tmc)/
2の範囲である。
冷却温度が低ずぎると、ポリオレフィンと有機固体との
相分離が進行せず、連続した微細孔が形成されない。一
方、冷却温度が高ずぎるとポリオレフィンの球晶発達の
ために連続貫通孔性が低下し、電解液セパレータとして
使用した際に、抵抗の増大等を招く。
さらに、冷却時の冷却速度は、極力大ぎいことが好まし
く、さらに押出したシート・フィルム状物あるいは、チ
ューブ、中空糸の表裏が均一に冷却されることが好まし
い。この観点から、これら溶融押出し物の冷却は、上述
の温度に保たれた水槽中に導いて行うことが好ましい。
ここで、冷却に使用する液体は、通常水が良く使用され
るが、必要に応じエチレングリコール、ジエチレングリ
コール等の沸点の高い液体を水と混合しておいてもよく
、またこれに限定されるものではない。
また、溶融物をTダイにてフィルムあるいはシート状に
成形する場合には゛、静電印加法により十分な押圧力に
て密着させることにより、水槽キャスト法と同等の冷却
速度が得られる。
以上の様にして、成形する際のドラフト比は4以上とし
ておくことが、相分離構造の均一性・連続貫通孔性に優
れるために好ましく、ざらに6以上であるとより好まし
い。
以上の様にして得られた成形品は、該有機固体の良溶媒
であり、かつ該ポリオレフィンの貧溶媒中に導いて、該
有機固体の好ましくは95%以上、より好ましくは99
%以上を抽出することにより、微孔性膜を得る。ここで
、使用する溶媒としては、トリクロルメタン、トリクロ
ルエタン、アセトン、メチルエチルケトン、酢酸エチル
、メタノール、トルエン、キシレン等が挙げられる。こ
の中でも、トリクロルエタン、トリクロルエチレン等の
ハロゲン系溶媒は抽出能力も高く、発火の危険も無いた
め工業上良く使用される。
また、ギヤストされた成形品は、延伸することにより機
械特性及び微細孔の連続貫通孔性が良好となるので好ま
しい。ここで延伸する際には延伸前の抽出で、添加した
有機固体の95%以上、好ましくは99%以上を取り除
いておくことが連続貫通孔性を良好とする上で好ましい
が、必ずしも抽出は延伸の前に行なう必要は無く、延伸
の後に抽出を行なう、あるいは延伸しながら抽出を行な
う、部分的に抽出を行ない延伸し、次に完全に抽出する
等の方法が可能である。
ここで、延伸は(該ポリオレフィンのガラス転移点)〜
(該ポリオレフィンの融点−10’C)の温度にて、少
なくとも一軸に1.5へ一10倍、好ましくは1.7〜
7倍延伸することが機械特性、連続貫通孔性を良好とす
る上で好ましい。また、この時に少なくとも一部の延伸
工程において、延伸速度が5ooo%/分以下、好まし
くは2000%/分以下、さらに好ましくは1000%
/分以下の低速延伸工程を含んでいるとざらに連続貫通
孔性が良好となるので好ましく、例えば−軸延伸にて複
数段に延伸ゾーンを設け、少なくともいずれかの延伸ゾ
ーンにて上記低速延伸を行なう方法、あるいは、二輪に
延伸する方法においていずれか一方向の延伸工程に上記
低速延伸工程を含めば良い。ここで、二軸に延伸する方
法としては、長手方向に任意の延伸速度で1.5〜10
倍延伸した後、幅方向に上記低速延伸法により、1.1
〜4倍、好ましくは、1.1〜2倍、さらに好ましくは
1.2〜1゜5倍で延伸することにより面積倍率で1.
7〜15倍、好ましくは2〜10倍の範囲としておくと
、機械特性・連続貫通孔性・微孔形状の均一性いずれも
良好となるので好ましい。
以上のような延伸の後に、必要に応じ再度抽出を行なう
ことにより、添加した有機固体の95%以上、好ましく
は99%以上を抽出した後、該ポリオレフィンの溶融結
晶化温度以上、融点−5℃以下の温度で0〜20%、好
ましくは1〜10%のリラックスを許しながら熱固定す
ると、熱寸法安定性が良好となるので好ましい。
さらに本発明においては、必要に応じ微孔性膜に紫外線
照射処理、コロナ放電処理、低温プラズマ処IIJ!等
の表面処理、界面活性剤塗イ[、あるいはスルホン化、
メチルメタアクリレート等のグラフト処理による親水化
処理を行なっても良い。特に本発明により得られる微孔
性膜を水溶液系のミクロフィルター、電解液セパレータ
として使用する際には、親水化処理を行なうことが好ま
しい。
本発明において、抽出後延伸する際に、延伸前おるいは
延伸中に上記の親水化処理を行なうことができる。こう
するとコスト性か向上するばかりか、処理が均一にでき
るので好ましい。
以上の様にして得られたフィルムは、通常平均孔径が0
.05〜5μm、空孔率が50〜85%の範囲であり、
空孔の均一性の優れるばかりか、製法上、ボイド状の欠
点が生じることがなく、耐ピンホール性が良好でおるた
めに、ミクロフィルター、電解コンデンサ、リチウム電
池等の電解液セパレータとして有用であるばかりか、本
フィルムを基体フィルムとして表層に例えば気体分離能
等の分離能を有する様な機能性膜のコーチングを行うこ
とにより、浪素富化膜、パーベーパレーション等の用途
等にも使用できる。
[特性の測定方法及び効果の評価方法1次に本発明に関
する測定方法及び評価方法について、まとめて示す。
(1)  PPの極限粘度([η]) ASTM  D  1601に準トし、試料0. 10
を135°Cのテトラリン100m1に完全溶解させ、
この溶液を粘度計で135°Cの恒温槽中で、測定して
比粘度Sより次式にしたがって極限粘度を求める。
[η]=S/(0,1x (1+0.22xS))(2
〉  メルトインデックス(M l )P E : A
ST)1−01238−65Tに従い測定する。
P P : ASTH−D1238−62Tに従い測定
する。
単位はいずれもg/10分 <3>PPのアイソタクチックインデックス(II) 試料を130’Cで2時間真空乾燥する。これから重f
fiW(mg>の試料をとり、ソックスレー抽出器に入
れ、沸11 n−へブタンで12時間抽出する。
次に、この試料を取出し、アセトンで十分洗浄した後、
130’Cで6時間真空乾燥し、その後手ff1W−(
IIIg)を測定し、次式で求める。
II(%)= (W′/W)X100 〈4)ポリオレフィンの融点及び溶融結晶化温度走査型
熱量計DSC−2型(Perkin E1mer社製〉
を用い、試料5mgを窒素気流下で、昇温速度20’C
/分にて室温より測定し、融解に伴う吸熱ピーク温度を
融点とする。
引続き、280’Cまで昇温し、5分間保持した後に2
0’C/分の降下速度にて温度を下げる過程で、ポリオ
レフィンの結晶化に伴う潜熱のピーク温度を溶融結晶化
温度とする。
(5)有機固体の融点 ASTM−E−28に従い測定する。
<B)MD(長手方向)強度 サンプル長手方向<MO)の破断強度をJISK678
2に従い測定し、kg/15mm F表す。
(7)  流動パラフィン透過時間 JIS  K  9003に規定された、37.8°C
にあける粘度が77±1センチストークスの流動パラフ
ィンを使用し、流動パラフィン及びサンプルを雰囲気温
度25°Cにて24時間保持後、サンプルを水平面にお
き、サンプル上5〜2Qmmの高さより流動パラフィン
0.03〜0.06(]を自自然下させる。
このとき、流動パラフィンがサンプル面に接した時より
、サンプル面を透過し、反体面を)りすまでの時間を測
定し、流動パラフィン透過時間(秒)とする。
(8)平均孔径 サンプル表面の走査型電子顕微鏡(SEM)観察により
孔径の長袖及び短軸を測定し、平均長軸及び平均短軸の
相乗平均を平均孔径とする。
(9)  空孔率(Pr) 試料(10X 10cm)を流動パラフィンに24時間
浸漬し、表層の流動パラフィンを」−分に拭きとった後
の重ff1(W2>を測定し、該試料の浸漬前の重量(
\V1)流動パ→フィンの密度(ρ)より空孔体積(V
O)を次式で求める。
VO= (W2−Wl )/ρ 空孔率(Pr)は、見掛は体積(厚み、寸法より計算さ
れる値)■と空孔体積■0より計算される。
Pr=VO/Vx100 (%) (10)  ドラフト比 押出は口金の断面積(Sl)とキャストされたシート状
もしくはチューブ状物の断面積(S2)との比S1 /
32て定義する。
(11)実施例中のブレンド物の構成比実施例中のブレ
ンド物の構成比は、各ブレンド物の重量比と真比重より
換算したものである。
[実施例] 次に本発明について、実施例に基づき、説明する。
(原料の調製) 表1に示すように、ポリプロピレン(PP)パウダー(
いずれも、三井ノーブレンパウダー)及び中密度ポリエ
チレン(MDPE)パウダー(ネオゼックス)とを用意
し、再抽出物質として、ジシクロへキシルフタレート(
DCHP)、トリノ工二ルホスフエイト(TPP>、D
OP (ジオクチルフタレート)、低分子母ポリスチレ
ン(“′ハイマー”5T−75,三洋化成(株〉製)と
を2軸スクリユ一押出機を用い溶融ブレンドし、ペレッ
ト化した。なあ、DOPを添加する際には、無機微粒子
(“アエロジル゛’ 200日本アエロジル(株)!I
)に予めDOPを吸着させ、樹脂パウダーに添加した。
実施例1〜3 原料Aを用い、4Qmm押出機よりTグイを用いシート
状に溶融押出し、ドラフト比6にて、65°Cのキャス
ティングドラム上にタングステン線に5kVの直流電圧
を印加して密着させつつ冷却固化した(静電印加法、実
施例1)。また、静電印加を行わないで、同様な条件で
冷却固化した〈実施例2)。
ざらに、溶融シートを、水槽(68℃、水)に導き、ド
ラフト比7にて導きながら、冷却固化した。
以上の様にして得られたキャストフィルムを1−1−1
トリクロルエタン抽出槽に導き、2分間の抽出時間を保
ちながら、添加したDCHPの99%以上を抽出し、1
00’Cにて溶媒を乾燥後巻きとった。
こうして得られた抽出フィルムをロール式延伸装置を用
い135℃にて、3.5倍に長手方向(MD)に延伸後
、145°Cにて5%のリラックスをゆしろなから熱固
定し巻きとった。
以上のようにして、得られたフィルムの製造条件及び特
性を表2にまとめて示すが、機械特性、流動パラフィン
透過性(微孔の連続性〉に優れた微孔性フィルムとなっ
ていることがわかる。
比較例1,2 実施例1において、キャスティングドラム温度をつぎの
様に変更した以外は同様に微孔性フィルムを製膜した。
CD温度: 50℃(比較例1) 120’C(比較例2) 以上の様にして得られた微孔性フィルムの特性を表2に
示すが、実施例1に比較し、著しく流動パラフィン透過
時間が増大しており、微細孔の連続性が低下しているこ
とがわかる。
比較例3 原料として表1のDを用い、実施例1でもちいた押出し
装置を用いキャスティングドラムにて冷却固化しが、溶
融物の押出し安定性に劣るために、250μm以下の薄
いキャストフィルムは得られなかった(ドラフト比2)
つぎに、実施例1で用いた抽出槽に導き、添加したDO
Pの99%以上を抽出するため6分必要であった。
引続き、実施例1と同様に長手方向に延伸し、微孔性フ
ィルムを得た。
こうして得られたフィルムの特性を表2に示すが、MD
強度が小さいばかりか、流動パラフィン透過時間が長く
、微細孔の連続性に劣ることが分る。さらに、部分的に
無機微粒子の凝集物によるボイド状欠点を有していた。
実施例4 原料として、表1のBを用い、ドラフト比20にて68
°Cの水槽に導いて冷却固化し、厚み25μmのキャス
トフィルムを得た。
引続き実施例1の抽出装置で、添加したDCHPの99
%以上を抽出し、乾燥後巻きとった。
こうして、得られたフィルムの特性を表2に示すが、延
伸していないにもかかわらず、流動パラフィン透過性に
優れ、かつ、平均孔径の小さい微孔性フィルムを得る方
法として、優れていることがわかる。
実施例5.6 原料として表1のC(実施例5)及び、E(実施例6)
を用い、実施例3と同様に冷却固化し巻きとり、抽出を
おこなった。引続き実施例5では138℃にて3倍に延
伸し、実施例6では100℃にて3倍に延伸し、微孔性
フィルムを(qだ。
こうして得られたフィルムは、表2に示す様に、機械特
性、微孔性共に優れていることが分る。
比較例4 原料として表1のFを用い、水槽温度を80’Cとした
以外は実施例3と同様に冷却固化し巻きとった。引続き
1−1−1トリクロルエタン抽出櫓に導き抽出を行った
が、添加した低分子量ポリスチレンの99%以上を抽出
するために20分必要とした。次にこうして得られた抽
出フィルムを、138℃にて3.0倍に延伸し引続き1
45°Cにて5%のリラックスを許しながら熱固定し、
巻きとった。
こうして得られた微孔性フィルムの特性を表2に示すが
、流動パラフィン透過時間が著しく長く、連続貫通孔性
に劣ることがわかる。
実施例7 実施例1において、ドラフト比を3とした以外は、同様
にして微孔性フィルムを(qた。
表2に示す様に。流動パラフィン透過性、機械特性いず
れも優れることがわかる。
[発明の効果] 本発明は、ポリオレフィンに添加する有機固体を特定化
し、冷却温度条件を有機固体の融点からポリオレフィン
の溶融結晶化温度の範囲とすることにより、次の様な効
果を奏するものである。
(1)  再抽出物質の添加のために無機微粒子等の添
加副動質が必要となくなり、製造できる微孔性膜にフィ
ッシアイ状の欠点がないばかりか、溶融押出時のチクソ
トロピー性をベースポリオレフィンと比較し著しく損な
うことがなく、多くのポリオレフィンに対し適用できる
(2)キャスト時の相分離構造の均一性、連続性に優れ
るために、製造できる微孔のサイズの均−性及び厚み方
向の連続貫通孔性にすぐれる。

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)ポリオレフィンと、抽出可能な有機固体とのブレ
    ンド物を溶融押出し、冷却・固化後、該有機固体を抽出
    することにより、連続した微細孔を有する微孔性膜を形
    成する方法において、該有機固体の融点が35〜100
    ℃、分子量が200〜1000で、かつ分子構造中に分
    極性及び極性基を含有するものであり、該ブレンド物を
    成形する際の冷却温度が、該有機固体の融点以上、該ポ
    リオレフィンの溶融結晶化温度の範囲であることを特徴
    とするポリオレフィン微孔性膜の製造方法。
  2. (2)溶融押出し後の冷却・固化を水槽中で行なうこと
    を特徴とする特許請求の範囲第1項に記載のポリオレフ
    ィン微孔性膜の製造方法。
  3. (3)溶融押出しを、T型ダイにより行ない、かつ冷却
    ・固化をドラム上で行ない、かつ静電印加により溶融物
    を該ドラム上に押圧することを特徴とする特許請求の範
    囲第1項に記載のポリオレフィン微孔性膜の製造方法。
  4. (4)溶融押出し時のドラフト比が4以上であることを
    特徴とする特許請求の範囲第1項〜第3項に記載のポリ
    オレフィン微孔性膜の製造方法。
  5. (5)ポリオレフィンと、抽出可能な有機固体とのブレ
    ンド物を溶融押出し、冷却後該有機固体を抽出後延伸す
    ることにより連続した微細孔を有する微孔性膜を形成す
    る方法において、該有機固体の融点が35〜100℃、
    分子量が200〜1000でかつ分子構造中に分極性及
    び極性基を含有するものであり、該ブレンド物を成形す
    る際の冷却温度が該有機固体の融点以上、該ポリオレフ
    ィンの溶融結晶化温度の範囲であり、少なくとも一軸に
    1.5〜10倍延伸する工程を含むことを特徴とするポ
    リオレフィン微孔性膜の製造方法。
  6. (6)延伸する際の引き伸ばし速度が5000%/分以
    下であることを特徴とする特許請求の範囲第5項のポリ
    オレフィン微孔性膜の製造方法。
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