JPH021177B2 - - Google Patents

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JPH021177B2
JPH021177B2 JP55121274A JP12127480A JPH021177B2 JP H021177 B2 JPH021177 B2 JP H021177B2 JP 55121274 A JP55121274 A JP 55121274A JP 12127480 A JP12127480 A JP 12127480A JP H021177 B2 JPH021177 B2 JP H021177B2
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JP
Japan
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film
microporous film
microporous
hydrophilic
monomer
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Aaru Razeea Neruson
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Hoechst Celanese Corp
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Publication date
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Publication of JPH021177B2 publication Critical patent/JPH021177B2/ja
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    • B29D7/01Films or sheets
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D67/00Processes specially adapted for manufacturing semi-permeable membranes for separation processes or apparatus
    • B01D67/0081After-treatment of organic or inorganic membranes
    • B01D67/0093Chemical modification
    • B01D67/00931Chemical modification by introduction of specific groups after membrane formation, e.g. by grafting
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08JWORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J7/00Chemical treatment or coating of shaped articles made of macromolecular substances
    • C08J7/12Chemical modification
    • C08J7/16Chemical modification with polymerisable compounds
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    • HELECTRICITY
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    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
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    • H01M50/491Porosity
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D2323/00Details relating to membrane preparation
    • B01D2323/38Graft polymerization
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08JWORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J2323/00Characterised by the use of homopolymers or copolymers of unsaturated aliphatic hydrocarbons having only one carbon-to-carbon double bond; Derivatives of such polymers
    • C08J2323/02Characterised by the use of homopolymers or copolymers of unsaturated aliphatic hydrocarbons having only one carbon-to-carbon double bond; Derivatives of such polymers not modified by chemical after treatment
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

本発明は改良された水透過性および(または)
減少した電気抵抗を有する微孔性フイルムに関す
る。 米国特許第3839516号、第3801404号、第
3679538号、第3558764号および第3426754号に例
示されているように、連続気泡微孔重合体性フイ
ルムの分野における近年の発展により、これらの
新しいフイルムの特異な性質を利用する適用例を
発見するための研究が促進されてきた。実際ガス
通気性水バリヤーであるこの種のフイルムは通気
口、ガス―液体移動媒質、電池セパレータおよび
種々の他の用途に使用することができる。 これらのフイルムの一つの欠点(このために過
去使用し得る適用例の数が制限されてきたもので
ある)はその疎水性性状であつた。このことは、
ポリオレフインフイルム、微孔性物質のうちで微
孔性フイルムの製造によく使用される好ましいタ
イプのものを使用する場合に、特に言えることで
ある。これらのフイルムは水および水溶液で「湿
潤」されないので、フイルター媒質、電気化学的
セパレーター成分等のような必然的な適用例に有
利に使用することができない。 これらの問題を克服するために過去例えば米国
特許第3853601号、第3231530号、第3215486号お
よびカナダ特許第981991号に例示されているよう
にいくつかの提案がされており、これらは種々の
親水性被覆剤または含浸剤を用いているものであ
る。このような被覆剤または含浸剤は、限られた
期間の間は有効であるが、存在しているフイルム
または繊維と接触する溶液により比較的短時間で
除去されてしまう傾向がある。 他に低エネルギプラズマ処理を用いて普通に疎
水性の微孔性フイルムに親水性特性を付与するこ
とが試みられている。このようなプラズマ処理
は、微孔性フイルムの表面部位をアルゴンまたは
水素プラズマを用いてまず活性化し、次に該フイ
ルムに適当な遊離ラジカル重合性種例えばアクリ
ル酸をグラフトさせることによつて行なわれる。
プラズマ処理により再湿潤可能な表面のみを有す
るフイルムが得られる。フイルムの表面はまた湿
潤させると目詰りとなり、それでフイルム内部の
水の自由流動を阻害または抑制する。 表面の孔の不可避の目詰りによりフイルムはあ
る種のフイルター適用例に不適なものとなり、フ
イルムの電気抵抗を増大し、また乾燥時の実質的
な収縮で示されるようにフイルムの寸法安定性を
減少する。 上述の如く、プラズマ処理の不利な点は、微孔
性フイルムの表面のみを湿潤可能とするその能力
が限られている。本文に記載のタイプの微孔性フ
イルムが異常に大きい表面積を有しているため
に、単なる表面湿潤性はフイルムがある種の官能
特性例えば低い電気抵抗および上述の既知の界面
活性剤系に匹敵し得るフイルム中の水流量を示す
ことを確実にし得ないことが認められていた。 プラズマ処理の主な不利点、すなわち孔目詰り
および単なる表面湿潤性は例えば低エネルギープ
ラズマが微孔性フイルムの高表面積により容易に
失活される傾向等の要素の組合せから生じるもの
と考えられる。これにより、微孔性フイルム内の
内部部位が活性化される可能性が減少する。同じ
ように、グラフト可能な単量体が最初プラズマ活
性化された微孔性フイルム表面と接触する場合、
フイルム表面に初めに発生する遊離ラジカル重合
体グラフトにより用いられるグラフト可能な単量
体の導入に対する競合が存在する。すなわち、フ
イルム表面に当初存在するグラフト重合体鎖が反
応が進むにつれて順次速くなる速度で生長する。
従つて、フイルム表面で生成する得られた延長グ
ラフト重合体鎖が水の存在下で表面微孔をからま
せかつ目詰りさせる。 プラズマ処理を用いた親水性フイルムを提供す
るためのその他の試みは米国特許第3992495号お
よび第4046843号に具体的に説明されている。 ポリエチレンフイルムを電池セパレーターに使
用するために湿潤化し、適切なものとするための
他の技術は、V.ドアゴスチノ(D′Agostino)お
よびJ.リー(Lee)により「マニユフアクチユア
リング・メソツド・フオア・ハイ・パーフオーマ
ンス・グラフテツド―ポリエチレン・バツテリ
ー・セパレーターズ」(Manufacturing Methods
For High Performance Grafted―
Polyethylene Battery Separators)、U.S.ナシ
ヨナル・テクニカル・インフオーメーシヨン・サ
ービス(U.S.National Technical Information
Service)、A.D.レポートNo.745571(1972年)、要
約78ケミカル・アブストラクト(Chemical
Abstract)5031f(1973年);V.ドアゴスチノおよ
びJ.リーにより「ロウ・テムペラチユア・アルカ
ライン・バツテリー・セパレーターズ」(Low
Temperature Alkaline Battery Separators)、
27パワー・ソーシズ・シンポジウム(Power
Sources Sym.)87―91(1976年)、要約ケミカル.
アブストラクト86、158277f;V.ドアゴスチノ、
J.リーおよびG.オーバン(Orban)、「ジンクーシ
ルバー・オキサイド・バツテリーズ」(Zinc―
Silver Oxide Batteries)、〔A.フライシヤー
(Fleischer)およびJ.ランダー(Lander)編、
1971年〕に具体的に説明されている。 これらの論文ではRAI・リサーチ・コーポレー
シヨンが開発した「パーミオン」(PERMION、
商品名)として既知の市販品について論述し、関
連しているものである。要約するのに、この材料
の製造法は、ベータ照射を用いて1ミルポリエチ
レンシートを交叉結合させ次いでCo60ガンマ照
射下に適当な溶液中でメタクリル酸とグラフトさ
せることからなる。グラフトされた材料を洗滌し
てホモポリマーを除去し、熱KOH中で塩の形態
に変換し、再び洗滌して残留塩基を除去し、乾燥
し、そして包装する。初めの交叉結合工程で非孔
質ポリエチレンフイルムに微小亀裂もしくは縦ス
リツトが生じ、これらは電子顕微鏡下でも見えな
いほど微小である。これらの微小亀裂の直径は約
20オングストローム(10-8cm)であると推定され
る。次に微小亀裂をメタクリル酸とグラフトさせ
る。それ故、得られたフイルムは、本発明で使用
される微孔性フイルムが平均サイズ約100−5000
オングストロームを有する意味で、微孔性ではな
い。「パーミオン」の微小亀裂の極度に小さいサ
イズは一般には任意の実質的な速度でフイルムを
経て酸化還元反応によつて発生する移動荷電子種
の集団移動を防止すれものである。このことはこ
のタイプのフイルムによつて示される比較的高い
(例えば、30―40ミリオーム平方インチ)電気抵
抗に反映している。更に、「パーミオン」は実質
的な膨潤で明示される如く、二方向以上の寸法安
定性を欠いている。 非孔質重合体性基体例えばポリエチレンおよび
ポリプロピレンは、米国特許第2999056号、第
3281263号、第3372100号および第3709718号に具
体的に示されているようにイオン化照射の様々な
タイプを用いて種々の単量体例えばアクリル酸と
反応させることが可能であることが周知である。
しかし、これらの米国特許はいずれも微孔性フイ
ルムに係るものであるので、これらの特許はそれ
に伴う特有な問題に係るものではない。 それで、低い電気抵抗および微孔性フイルムを
経て改良された水流量を示す比較的永続性の湿潤
可能な親水性微孔性フイルムに対する研究が継続
されている。本発明はこの研究に応じて開発され
たものである。 従つて、本発明の目的は通常疎水性の微孔性フ
イルムに比較的永続性の親水性を付与し、それに
よりその透水性を改善する方法を提供するにあ
る。 本発明の他の目的は通常疎水性の微孔性フイル
ムの電気抵抗を減少させる方法を提供するにあ
る。 本発明の更に他の目的は低減された電気抵抗を
有する親水性の微孔性フイルムを提供するにあ
る。 更に他の目的は上述した先行技術の問題を克服
するにある。 本発明のこれらの目的および他の目的ならびに
範囲、性状および用途は以下の詳細な説明から当
業者に明らかとなるであろう。 本発明の一つの特徴では、通常疎水性のポリオ
レフイン系微孔性フイルムを親水性とし、その水
流量を改善し、かつその電気抵抗を低減させる方
法が提供され、本方法は、 (a) それを製造するプレカーサーフイルムのカサ
密度に比して減少したカサ密度、約200―10000
オングストロームの平均孔サイズおよび少くと
も約10m2/gの表面積を有することを特徴とす
る通常疎水性のポリオレフイン系連続気泡微孔
性フイルムの微孔表面を、約2―18個の炭素原
子を有しかつ少くとも1個の二重結合および少
くとも1個の極性官能基の存在を特徴とする親
水性有機炭化水素単量体の少くとも1種で被覆
し;そして (b) 微孔性フイルムの微孔の表面に、前記親水性
有機炭化水素単量体を、前記微孔の連続気泡性
状を保持するのに十分であつて、かつ未被覆微
孔性フイルムの重量を基にして約0.1―10重量
%の含浸量を得るのに十分な量で、(a)の被覆微
孔性フイルムを約1―10メガラドの電離放射線
で照射することにより化学的に固定する。 ことからなる。 本発明の他の特徴では、次のものからなる親水
性連続気泡微孔性フイルムが提供される。すなわ
ち、 (a) それを製造するプレカーサーフイルムのカサ
密度に比して減少したカサ密度を有し、かつ約
200―10000オングストロームの平均孔サイズお
よび少くとも10m2/gの表面積を有することを
特徴とする連続気泡通常疎水性の微孔性フイル
ム;および (b) 少なくとも1個の二重結合および少くとも1
個の極性官能基の存在を特徴とし、約2―18個
の炭素原子を有する親水性有機炭化水素単量体
の少くとも1種による微孔性フイルムの微孔表
面の被膜、而して前記親水性有機炭化水素単量
体被膜は、約1―10メガラドの電離放射線に対
する暴露により、微孔性フイルムの連続気泡性
状を保持し、かつ未被覆微孔性フイルムの重量
を基にして約0.1―10重量%の含浸量を得るの
に十分な量で微孔性フイルムの微孔表面に化学
的に固定されている。 本発明の本質は、連続気泡微孔性フイルムが、
その孔が電離放射線暴露によりグラフト可能な親
水性単量体の調節された量で化学的に固定されて
いる場合に、微孔性フイルムの連続気泡性状を保
持しながら比較的永続して湿潤可能および(また
は)親水性となり得るという知見に存するもので
ある。更に、この化学的固定は微孔性フイルム内
部の内部部位に位置する気泡内でも生じるもので
ある。微孔の表面に化学的に固定される単量体の
量を制御することにより、放射線に暴露して生じ
る重合体鎖グラフトが孔の表面に整列しているも
のと思われる。従つて、孔のからみ合いおよび目
詰りが避けられる。 本発明は親水性微孔性フイルムおよびその製法
に係るものである。多孔質または気泡フイルムは
二つの一般的タイプに分類することができる。一
つのタイプは気孔が連続していないもの、すなわ
ち独立気泡フイルムであり、他のタイプは気泡が
一つの外表面もしくは表面領域から他に拡がつて
いるくねつた路を経て本質的に連続しているも
の、すなわち連続気泡フイルムである。本発明の
多孔質フイルムは後者のタイプである。 更に、本発明の多孔性フイルムの気泡は微孔性
である。すなわち、これらの気泡の構造または配
置の細部は検鏡によつてのみ識別可能である。事
実、フイルムの連続気泡は一般には普通の光学顕
微鏡を用いて測定し得るよりも小さいものであ
る。約5000オングストローム(1オングストロー
ムは百億分の1メーターである)である可視光線
の波長は連続気泡もしくは気泡の最長平面もしく
は表面寸法よりも長いからである。しかし、本発
明の微孔性フイルムは、5000オングストローム以
下の気泡構造の細部を解析し得る電子顕微鏡技術
を用いて同定することができる。 本発明の微孔質フイルムはまた減少したカサ密
度(以下随時「低」密度と略称する)を特徴とす
るものである。すなわち、これらの微孔性フイル
ムは、同一の重合体性材料からなつているが連続
気泡でないかまたは他のボイド構造を有する相当
するフイルムのカサ密度よりも低いカサもしくは
総合密度を有している。「カサ密度」なる用語は、
本文では25℃および大気圧で部分的に水銀を満た
した容器に既知重量のフイルムを浸漬することに
より総容量を測定した場合のフイルムの総容量も
しくは幾何学的容量単位当りの重量を意味するも
のとして使用する。水銀位の容量的上昇は総容量
の直接単位である。この方法は水銀体積計法とし
て既知であり、「エンサイクロペデイア・オブ・
ケミカル・テクノロジイ」(Encyclopedia of
Chemical Technology)、第4巻、第892頁〔イ
ンターサイエンス(Interscience)1949年〕に記
載されている。 微孔性で連続気泡構造を有し、かつまた減少カ
サ密度を特徴とする多孔質フイルムがこれまでも
製造されている。この微孔性構造を有するフイル
ムが例えば本出願人の出願に係る米国特許第
3426754号に記載され、これをここに参考までに
挿入する。該特許に記載の好ましい製造法は、結
晶性で弾性プレカーサーフイルムをその元の長さ
の約10―300%の量で周囲の温度で延伸もしくは
伸長、すなわち「常温延伸」し、次いでフイルム
が収縮していないかまたは限られた程度のみに収
縮し得るような張力下で延伸フイルムを熱硬化さ
せることにより安定化することを包含している。
微孔質フイルムを製造するその他の方法は米国特
許第3558764号、第3843762号、第3920785号、英
国特許第1180066号および第1198695号に例示さ
れ、これらはすべて参考としてここに挿入する。 上記米国および英国特許はいずれも本発明に従
つて親水性となし得る通常は疎水性の微孔性フイ
ルムの製造方法を開示しているが、好適な通常疎
水性の微孔性フイルムは、米国特許第3801404号
に記載の方法に従つて提供され、この特許では本
文では「乾式延伸」法と称される微孔性フイルム
の製造方法を定めており、また米国特許第、第
3839516号の方法に従つて提供され、この特許で
は「溶媒延伸」法と称される微孔性フイルムの製
造方法を定めており、これらの両特許を参考まで
に本文に挿入する。これらの特許の各々にはプレ
カーサーフイルムを特定した方法工程に従つて操
作することによる通常疎水性微孔性フイルムの製
造のための好ましい代替ルートを開示している。
「乾式延伸」および「溶媒延伸」法に従つて微孔
性フイルムを製造するのに使用し得る好ましいプ
レカーサーフイルムは上記のそれぞれの特許の
各々に特に詳記されている。それで、「乾式延伸」
法は25℃および65%相対湿度で50%の標準ひずみ
(伸長)をかけた場合零の回復時間(以下に定義
する)で少くとも40%、好ましくは少くとも約50
%、最も好ましくは少くとも約80%の弾性回復率
を有する非孔質、結晶性、弾性重合体フイルムを
利用するものである。 本文で使用される弾性回復率とは、構造物また
は成形物品例えばフイルムが延伸された後その元
のサイズにもどる能力の尺度であり、次のとおり
にして計算される。 弾性回復率(ER)%=
延伸時の長さ―延伸後の長さ/延伸時に付加された長さ
×100 50%の標準ひずみを使用して出発フイルムの弾
性特性を同定しているが、このひずみは単なる例
示である。一般に、このような出発フイルムは、
50%ひずみの弾性回復率に比して、50%未満のひ
ずみではより高い弾性回復率および実質的に50%
を超えるひずみでは若干より低い回復率を有す
る。 これらの出発弾性フイルムはまた少くとも20
%、好ましくは少くとも30%、最も好ましくは少
くとも50%の結晶度%例えば約50―90%またはそ
れ以上を有している。結晶度%は「ジヤーナル・
オブ・アプライド・ポリマー・サイエンス」
(Journal of Applied Polymer Science)、第2
巻、第5号、第166―173頁、(1959年)にR.G.ク
イン(Quynn)等により記載されているX線法で
測定される。結晶度およびその重合体での意義の
詳細については、「ポリマーズ・アンド・レジン
ズ」(Polymers and Resins)、ゴルデイング
(Golding)〔D.ヴアン・ノストランド(Van
Nostrand)、1959年〕を参照されたい。 乾式延伸法に使用するプレカーサーフイルムの
製造に適しているとみなされる他の弾性フイルム
は1966年12月21日公告の英国特許第1052550号に
記載されている。 乾式延伸方法ルートによる微孔性フイルムの製
造に使用されるプレカーサー弾性フイルムは例え
ば天然および合成ゴムのような古典的弾性体から
形成されるフイルムとは区別されるべきである。 このような古典的弾性体では、応力・ひずみ関
係特に応力関係はひずみのエントロピー・メカニ
ズム(ゴム弾性)によつて左右される。収縮力の
正の温度係数、すなわち、低下温度を伴う低減応
力およびガラス転移温度での弾性の完全喪失はエ
ントロピー・弾性の特別な結果である。一方、本
文で使用されるプレカーサー弾性フイルムの弾性
は異つた性質を有している。これらの弾性プレカ
ーサーフイルムによる定量熱力学的実験では、低
下温度を伴う増加応力(負の温度係数)は、これ
らの材料の弾性はエントロピー効果によつて左右
されないエネルギー条件に左右されることを意味
するものと解される。更に重要なのは、「乾式延
伸」プレカーサー弾性フイルムは通常のエントロ
ピー・弾性がもはや作動し得ないような温度でそ
の延伸特性を保持していることが見い出された。
すなわち、「乾式延伸」プリカーサー弾性フイル
ムの延伸メカニズムはエネルギー・弾性関係に基
くものを考えられ、そしてこれらの弾性フイルム
は「非古典的」弾性体と称することができる。 あるいはまた、「溶媒延伸」法では少くとも2
種の成分、例えば無定形成分および結晶性成分を
含有していなければならないプレカーサーフイル
ムを使用する。それで、本来2成分である結晶性
材料がこの方法ではうまく働くものである。プレ
カーサーフイルムの結晶度の程度は少くとも30
%、好ましくは少くとも40%、最も好ましくは少
くとも50%(プリカーサーフイルムの容量%)で
なければならない。 重合体、すなわち、本発明に従つていずれかの
方法でプレカーサーフイルムを使用する合成樹脂
性材料には、オレフイン重合体例えばポリエチレ
ン、ポリプロピレン、ポリ―3―メチルブテン―
1、ポリ―4―メチルペンテン―1、ならびにプ
ロピレン、3―メチルブテン―1、4―メチルペ
ンテン―1またはエチレンと相互のまたは他のオ
レフインの小量との共重合体例えばプロピレンと
エチレンとの共重合体、3―メチルブテン―1の
大部分量と直鎖n―アルケン例えばn―オクテン
―1、n―ヘキサデセン―1、n―オクタデセン
―1またはその他の比較的長鎖のアルケンの小部
分量との共重合体、ならびに3―メチルペンテン
―1と3―メチルブテン―1に関して前述した同
一のn―アルケンのいずれかとの共重合体のよう
なオレフイン重合体が包含される。 例えば、一般にプロピレンホモポリマーが「乾
式延伸」(dry stretch)法で使用することを企図
されている場合、上記のとおりの結晶度%、約
100000―750000(例えば約200000―500000)の範
囲の重量平均分子量および約0.1―75(例えば約
0.5―30)のメルト・インデツクスを有するアイ
ソタクチツクポリプロピレンを使用して所望の物
理的性質を有する最終フイルム製品を得ることが
できる。 「オレフイン系重合体」(olefinic polymer)
および「オレフイン重合体」(olefin polymer)
なる用語は相互に変換して使用され、そしてオレ
フイン単量体をその不飽和により重合することに
よつて製造される重合体を記述していることを企
図していることを理解すべきである。「溶媒延伸」
(solvent stretch)法で使用するのに好適な重合
体は、本出願人の出願に係り、ジヨン.W.ソエ
ンゲン(John W.Soehngen)発明の米国特許出
願第44805号(6/1/79出願、発明の名称「調
節された結晶構造のプレカーサーフイルムから微
孔性フイルムと製造するための改善された溶媒延
伸方法」)に記載の発明に従つて使用される重合
体であり、該出願の記載を参考までにここに挿入
する。それで、約0.960―0.965gm/c.c.の密度、
約3以上、好ましくは約3―20の高メルトインデ
ツクスおよび約3.8以上、好ましくは約3.8―13の
広い分子量分布比(w/n)を有するポリエ
チレンホモポリマーが「溶媒延伸」法による微孔
質フイルムの製造に好適である。更に上記米国特
許願に記載の如くプリカーサーフイルムを製造す
るのに使用される重合体に成核剤を添加してもよ
く、この場合0.3ほどの低いメルトインデツクス
を有する重合体を使用し得る。 プレカーサーフイルムを形成させるのに適した
タイプの装置は当業者間で周知である。 例えば、浅い溝計量スクリユーおよびコート・
ハンガー・ダイを装着した通例のフイルム押出機
が好都合である。一般に、樹脂を押出機のホツパ
ーに導入し、押出機は加熱要素を備えたジヤケツ
トおよびスクリユーを有している。樹脂が溶融
し、スクリユーによりダイに送られ、このダイか
ら樹脂はフイルムの形態でスリツトを経て押し出
され、フイルムは引取ロールまたはキヤスチング
ロールにより延伸される。種々の組合せまたは段
階で2個以上の引取ロールを使用し得る。ダイ開
口部またはスリツト巾は例えば約10―200ミルの
範囲であつてよい。 このタイプの装置を用いて、フイルムを約5:
1―200:1、好ましくは10:1―50:1の引落
比で押出することができる。 「引落比」(drawdown ratio)あるいは更に
簡単に「延伸比」(draw ratio)なる用語は本文
ではフイルム巻取もしくは引取速度対押出ダイで
のフイルムの放出速度の比である。 フイルム押出の融成物温度は一般には重合体の
融点以上約100℃よりも高くなく、かつ重合体の
融点以上約10℃よりも低くないものである。 例えば、ポリプロピレンが約180―270℃、好ま
しくは200―240℃の溶融温度で押出される。ポリ
エチレンは約175―225℃の溶融温度で押出され
る。 プリカーサーフイルムを「乾式延伸」法に従つ
て使用すべきときは、押出操作は最大の弾性を得
るために急速冷却および急速引落で実施するのが
好ましい。これは引取ールと比較的押出スロツト
に接近させ例えば2インチ以内とし、好ましくは
1インチ以内とすることにより達成される。例え
ば0℃―40℃の温度で操作するエアーナイフをス
ロツトの1インチ内で使用してフイルムを急冷、
すなわち急速冷却および固化させることができ
る。引取ロールは例えば10―1000ft/分、好まし
くは50―500ft/分の速度で回転していてよい。 プリカーサーフイルムを「溶媒延伸」法に従つ
て使用すべきときには、押出操作は、応力を最小
限としかつ最大結晶度を得るべくなおかつ大型球
晶の発生を防止するのに十分な急速冷却から生じ
得る任意の随伴する配向を最小限とするために、
ゆつくりした冷却で実施するのが好ましい。これ
はチルロール引取の距離を押出スリツトから調節
することによつて達成される。 上記の説明はスリツトダイ押出法に係るもので
あつたが、本発明で企図されているプリカーサー
フイルム形式のための代替方法はインフレート法
であり、ここではホツパーおよび押出機が上述の
スリツト押出機と実質的に同一であるものを使用
する。 押出機から融成物はダイに入り、ここから環状
スロツトを経て押出されて当初の直径D1を有す
るチユーブラフイルムとなる。導入口を経て空気
を系に入れ該チユーブラフイルム中に入れ、そし
てこの空気はチユーブラフイルムの直径を直径
D2にブローアツプする効果を有する。例えばエ
アリングのような手段をも、押出チユーブラフイ
ルムの外部のまわりに空気を向けて異つた冷却比
とするように、備えていてもよい。冷却マンドル
のような手段を使用してチユーブラフイルムの内
部を冷却してもよい。フイルムを完全に冷却し、
硬化させる距離の後に、フイルムを引取ロールで
巻き取る。 インフレートフイルム法を用いて、引落比は好
ましくは5:1―100:1であり、スロツト開口
部は10―200ミル、好ましくは40―100ミルであ
り、D2/D1比は例えば1.0―4.0、好ましくは約
1.0―2.5であり、そして引取速度は例えば30―
700ft/分である。溶融温度はスリツトダイ押出
について先に定めた範囲内であつてよい。 次に、押出されたフイルムを最初に結晶構造を
改善するために例えば結晶度のサイズを増大させ
かつ欠陥を除去することにより熱処理すなわちア
ニールすることができる。一般に、このアニール
は重合体の融点以下約5―100℃の範囲の温度で
2、3秒乃至数時間例えば5秒―24時間好ましく
は約30秒―2時間の間実施される。ポリプロピレ
ンについては、好適なアニール温度は約100―155
℃である。 アニールを実施する例示的な方法は、押出され
たフイルムを引張もしくは無引張状態で所望の温
度で炉に入れることにより、この場合滞留時間は
好ましくは約30秒―1時間である。 好ましい態様では、得られた部分的に結晶性の
プリカーサーフイルムを好ましくは上述した二通
りの代替方法の一つで処理して本発明に従つて使
用し得る通常疎水性微孔質フイルムを得る。 米国特許第3801404号に記載のとおりの第一の
好ましい方法(以下本文では「乾式延伸」法と称
する)は、延伸方向に対して法線または垂直に伸
びている多孔性表面領域または面積が形式される
まで弾性フイルムを常温延伸すなわち常温引張
し、(2)延伸方向と平行に伸びているフイブリルお
よび気孔または連続気泡が形成されるまで常温延
伸フイルムを熱延伸または熱引張し、次いで(3)引
張下に、すなわち実質的に一定の長さで得られた
多孔質フイルムを加熱または熱硬化させてフイル
ムに安定性を付与する各工程を包含している。 本文で使用される「常温延伸」(cold
stretching)なる用語はフイルムを、延伸温度
(すなわち延伸されているフイルムの温度)がフ
イルムを25℃の温度および20℃/分の速度で均一
に加熱したときに溶融が始まる温度以下であるよ
うな温度で、その当初の長さよりも大きく延伸ま
たは引張することであると定義される。本文で使
用される「熱延伸」(hot stretching)なる用語
は、フイルムを25℃の温度から20℃/分の速度で
均一に加熱したときに溶融が始まる温度以上で、
但し重合体の通常の融点以下すなわち融解が生じ
る温度以下で延伸することであると定義される。
当業者に周知の如く、溶融が始まる温度および融
解温度は標準示差熱分析計(DTA)によりまた
は重合体の熱転移を検出し得るその他の既知の装
置で測定することができる。 溶融が始まる温度は重合体のタイブ、重合体の
分子量分布およびフイルムの結晶形態学で変化す
る。例えば、ポリプロピレン弾性フイルムは約
120℃以下、好ましくは約10―70℃そして通例は
周囲の温度例えば25℃で常温延伸することができ
る。次に、常温延伸されたポリプロピレンフイル
ムを約120℃以上で融解温度以下の温度、好まし
くは約130℃―150℃で熱延伸することができる。
再度、フイルムそれ自体が延伸されている温度を
本文では延伸温度と称している。これらの二つの
工程または段階での延伸は同一方向でかつその順
序すなわち常温次いで熱延伸で連続的でなければ
ならないが、常温延伸されたフイルムが任意の顕
著な程度(例えば熱延伸される前にその常温延伸
された長さの5%以下)で収縮しない限り、連
続、半連続またはバツチ方式で行うことができ
る。 上記二工程での延伸の総量和は、弾性フイルム
の当初の長さを基にして約10―300%、好ましく
は約50―150%の範囲であり得る。更に、熱延伸
の量対延伸もしくは引張の総量和の比は約0.10:
1以上で0.99:1以下、好ましくは約0.50:1―
0.97:1、最も好ましくは約0.50:1―0.95:1
であつてよい。この「常温」および「熱」延伸間
の関係を本文では「伸長比」(extension satio)
と称する(「熱」伸長%対「全」伸長%)。 熱を供給しなければならない任意の延伸操作
で、フイルムは、電気抵抗法により、加熱プレー
ト上の通過により、加熱液体、加熱ガス等を経て
順次加熱されている移動ロールにより加熱するこ
とができる。 上記の二工程または二段階延伸後、延伸したフ
イルムを熱硬化させる。この加熱処理は約125℃
から融解温度以下に至る範囲の温度、好ましくは
約130―160℃でポリプロピレンについては実施す
ることができ、またポリエチレンについては約75
℃から融解温度以下に至る温度、好ましくは約
115―130℃で、そして上述のポリマーの他のもの
については同じような温度範囲で実施される。こ
の加熱処理は、フイルムを引張下に、すなわちフ
イルムが収縮することなく、またはその延伸され
た長さの約15%以下の制御された範囲のみに収縮
し得るような引張下で保持し、但しフイルムを更
に15%をこえて延伸するような大きな引張下では
ないように保持しながら、実施しなければならな
い。好ましくは、引張は実質的に収縮または延伸
が生じない程度例えば延伸された長さで5%以下
の変化である程度である。 好ましくは引張操作に引続きかつその後に実施
される熱処理の期間は高い方のアニール温度で
0.1秒より長くあつてはならず、一般には約5秒
―1時間、好ましくは約1―30分の範囲内にあり
得る。 上記硬化工程は空気中または他の雰囲気例えば
窒素、ヘリウムまたはアルゴン中で実施し得る。 米国特許第3839516号に記載の如くプリカーサ
ーフイルムを微孔性フイルムに変換するための第
二の好ましい代替方法(本文では「溶媒延伸」法
と称する)は、(1)少くとも2種の成分(例えば、
無定形成分および結晶性成分)、而してこれらの
うちの1種は他の全成分よりも少い容量で存在す
る、を有するプリカーサーフイルムを膨潤剤と膨
潤剤がフイルムに吸着されるように十分な時間接
触させ;(2)膨潤剤と接触させながらフイルムを少
くとも一方向に延伸し、そして(3)膨潤剤の除去の
間中フイルムをその延伸された状態に維持する基
本の各工程を包含している。フイルムは随意引張
下の熱硬化または電離放射線により安定化するこ
とができる。 一般に、重合体のそれと同じかまたは近辺のヒ
ルデブランド溶解パラメーターを有する溶媒が本
文記載の延伸方法に適した溶解度を有している。
ヒルデブランド溶解パラメーターは凝集エネルギ
ー密度を測定するものである。それで基礎となる
原理は、重合体と同じ凝集エネルギー密度をもつ
溶媒が該重合体と高い親和力を有し、かつ本目的
に適合しているとする事実に基くものである。 特別な重合体性フイルムに適切な一つを選択し
得る一般的な組の膨潤剤には、低級脂肪族ケトン
例えばアセトン、メチルエチルケトン、シクロヘ
キサン;低級脂肪酸エステル例えばぎ酸エチル、
酢酸ブチル等;ハロゲン化炭化水素例えば四塩化
炭素、トリクロロエチレン、パークロロエチレ
ン、クロロベンゼン等;炭化水素例えばヘプタ
ン、シクロヘキサン、ベンゼン、キシレン、テト
ラリン、デカリン等;窒素含有有機化合物例えば
ピリジン、ホルムアミド、ジメチルホルムアミド
等;エーテル例えばメチルエーテル、エチルエー
テル、ジオキサン等があげられる。これらの有機
溶媒の二種またはそれ以上の混合物をも使用し得
る。 膨潤剤が炭素、水素、酸素、窒素、ハロゲン、
硫黄からなる化合物であり、約20個以下の炭素原
子、好ましくは約10個以下の炭素原子を含有して
いるのが好ましい。 「溶媒延伸」工程は、溶媒もしくは膨潤剤の凝
固点以上乃至重合体が溶解する温度以下の点の範
囲の温度(例えば、周囲の温度―約50℃)で実施
することができる。 「溶媒延伸」方法で使用するプリカーサーフイ
ルムは0.1―約20ミルまたは更い厚い範囲であつ
てよい。 好ましい態様では、プリカーサーフイルムを米
国特許願第44801号(6/1/79出願、発明の名
称「微孔性フイルムを製造するための改良された
溶媒延伸方法」、本願出願人の出願)に記載の操
作に従つて2軸方向に延伸する。この米国出願の
記載を参考としてここに挿入する。この方法は一
軸方向での好適な延伸条件を定め、これにより一
軸延伸された微孔質フイルムの通気性が改善され
る。次に、一軸延伸された微孔質フイルムを横断
方向に延伸して通気性を更に改善することができ
る。それで、プリカーサーフイルムをその元の長
さよりも約350%以下、最も好ましくは300%以上
に一軸方向に「溶媒延伸」するのが好ましい。典
型的には、溶媒除去後同一方向に更に延伸するこ
とは使用されない。 任意の安定化工程は熱硬化工程または交叉結合
工程であつてよい。この熱処理はポリプロピレン
については約125℃乃至融解温度以下の範囲の温
度、好ましくは約130―150℃で行われ;ポリエチ
レンについては約75℃から融解温度以下まで好ま
しくは約115―130℃、また上記重合体のその他に
ついては同じ温度範囲で行われる。この熱処理
は、フイルムを引張下に保持しながら、すなわち
フイルムが収縮しないかまたはその延伸された長
さの約15%以下の制御された範囲に限り収縮し得
るが但しフイルムを更に15%以上延伸するほど大
きくないような引張下に保持しながら、実施すべ
きである。好ましくは、引張は実質的な収縮また
は延伸が起らない例えば延伸された長さで5%以
下の変化となるような程度である。 好ましくは「溶媒延伸」操作に引続きかつその
後で行われる熱処理の期間は高い方のアニール温
度で0.1秒より長くあつてはいけない。一般には
約5秒―1時間、好ましくは約1―30分の範囲内
であつてよい。 上記の硬化工程は空気中あるいは他の雰囲気例
えば窒素、ヘリウムまたはアルゴン中で行われ
る。 プレカーサーフイルムを二軸延伸した場合、安
定化工程は、横断方向延伸後であつてその前では
なく、実施しなければならない。 本文の説明および実施例は主として上述したオ
レフイン重合体に係るものであるが、本発明では
高分子量アセタール(例、オキシメチレン)重合
体もまた企図されている。アセタールホモポリマ
ーおよび共重合体共に企図されているが、重合体
安定性の目的に対して好適なアセタール重合体は
「ランダム」オキシメチレン共重合体であり、該
共重合体は主重合体鎖中に―OR―基が点在する
反覆オキシメチレン(すなわち、―CH2―O―)
単位を含有し、ここでRは相互に直接結合した少
くとも2個の炭素原子を含有し、かつ2原子価間
の鎖中に位置する2価の基であり、該R基上の任
意の置換分は不活性であり、すなわち、介在する
官能基を包含せずかつ望ましくない反応を誘起し
ない置換分であり、そして―OR―単位の大部分
量はオキシメチレン基の各端に結合している単一
の単位として存在している。重合体の例または好
適なものには、少くとも2個の隣接する炭素原子
を含有するトリオキサンと環状エーテルとの共重
合体、例えばウオリング(Walling)等の米国特
許第3027352号に開示の共重合体が包含される。
フイルム形態のこれらの重合体は少くとも20%、
好ましくは少くとも30%、最も好ましくは少くと
も50%、例えば50―60%またはそれ以上の結晶化
度を有していてよい。更に、これらの重合体は少
くとも150℃の融点および少くとも10000の数平均
分子量を有している。アセタールおよびオキシメ
チレン重合体の更に詳細な説明については「ホル
ムアルデヒド」(Formaldehyde)、ウオルター
(Walter)、第175―191頁〔ラインホールド
(Reinhold)、1964年〕を参照されたい。 本発明を適用し得る他の比較的結晶性の重合体
は、ポリアルキレンサルフアイド例えばポリメチ
レンサルフアイドおよびポリエチレンサルフアイ
ド、ポリアリレンオキサイド例えばポリフエニレ
ンオキサイド、ポリアミド例えばポリヘキサメチ
レンアジプアミド(ナイロン66)およびポリカプ
ロラクタム(ナイロン6)であり、これらは全て
当業者間で周知であり、簡略にするために本文で
更に論述する必要もない。 本発明に使用する通常疎水性の微孔性フイルム
は、無引張状態では連続気泡構造を有していない
相当する重合体性材料(例えばこれらから製造さ
れる材料等)の密度に比して低下したカサ密度を
有している。それで、フイルムはプレカーサーフ
イルムの約95%以下、好ましくは20―40%のカサ
密度を有している。他の言い方をすれば、カサ密
度は少くとも5%だけ好ましくは60―80%減少し
ている。ポリエチレンについては、減少は30―80
%、好ましくは60―80%である。カサ密度は出発
物質の約20―40%であり、多孔度は気孔もしくは
孔のために60―80%だけ増大していた。 微孔性フイルムを「乾式延伸」または「溶媒延
伸」法で製造する場合、微孔性フイルムの最終結
晶度は、好ましくは少くとも30%、更に好ましく
は少くとも65%および更に適当なのは約70―85%
であり、「ジヤーナル・オブ・アプライド・ポリ
マー・サイエンス」、第2巻、第5号、第166―
173頁にR.G.クイン等が記載しているX線方法で
測定する。結晶化度およびその重合体中の意義の
詳細な説明には、「ポリマーズ・アンド・レジン
ズ」、ゴルデイング(S.ヴアン・ノストランド、
1959年)を参照されたい。 本発明に使用し得る微孔性フイルムは約200―
10000A°、典型的には約400―5000A°、更に典型
的には約500―5000A°の平均気孔サイズを有して
いてもよい。これらの数値は、「テクスタイル・
リサーチ・ジヤーナル」(Textile Reserch
Journal)、1963年1月、第21―34頁にR.G.クイ
ン等の論文に記載されているような水銀ポロシメ
トリーにより、またはゲイル(Geil)の「ポリマ
ー・シングル・クリスタルズ」(Polymer Single
Crystals)、第69頁〔インターサイエンス
(Interscience)、1963年〕に記載の如く電子顕微
鏡の使用により測定することができる。電子マイ
クログラフを用いた場合、気泡の長さおよび巾の
測定値は通常5000―10000倍で撮映した電子マイ
クログラフ上の気泡の長さおよび巾を直接測定す
るための平定規を単に使用することにより得られ
る。普通、電子顕微鏡で得られる気泡の長さの数
値は水銀ポロシメトリーで得られた気泡サイズの
数値とほぼ等しい。 本発明に使用する微孔質フイルムは、「溶媒延
伸」法または「乾式延伸」法のいずれか製造され
る場合、ある種の予知し得る限度内で表面積を示
す。代表的にはこのような微孔性フイルムは少く
とも10m2/gの表面積、好ましくは約15―25m2
gの範囲の表面積を有することがわかる。ポリエ
チレンから形成されるフイルムについては、表面
積は一般に約10―25m2/g、好ましくは約20m2
gの範囲にある。 表面積は、米国特許第3262319号に記載の方法
および装置を用いて窒素またはクリプトンガス吸
着等温線から測定することができる。この方法に
より得られた表面積は通常m2/gで表現される。 種々の材料の比較を容易にするために、この値
は材料のカサ密度(g/c.c.)を乗じてm2/c.c.で表
現される表面積とすることができる。 親水性が付与される本発明の通常疎水性の微孔
性重合体フイルムは約1ミル(0.001インチ)―
約8ミルの好適な厚さを有している。 上述の操作に従つて製造される通常疎水性の微
孔性フイルムは、微孔性フイルムの微孔の表面を
親水性単量体またはその混合物で被覆し、そして
次に被覆微孔性フイルムを電離放射線に暴露する
ことにより湿潤可能および(または)親水性とす
る。電離放射線は親水性単量体を化学的に固定し
かつ単量体を比較的永続して親水性とする。化学
的に固定される親水性の単量体の含浸量または量
は、気泡の目詰りを回避し、同時に親水性フイル
ムの全多孔度の調節を可能とするべく一定の限度
内に調節する。多孔度の調節はひいてはフイルム
の透水性および電気抵抗の調節を可能とする。 本文で使用する「疎水性」なる用語は、100psi
の水圧下に平らなフイルム表面1cm2当り水約
0.010ml/分以下を通す表面を意味しているもの
と定義される。同様に、「親水性」なる用語は同
一圧力下に水約0.01ml/分/cm2以上を通す表面に
適用されるものを意味している。 本発明の微孔性フイルムの気孔表面を被覆する
のに使用し得る親水性単量体は2―18個の炭素原
子を有し、かつ少くとも1個の二重結合(而して
二重結合は単量体を電離放射線の影響下に微孔性
フイルムに不利な影響を及ばさない温度で重合可
能および(または)共重合可能とする)および少
くとも1個の極性官能基(例えば、カルボキシ、
スルホ、スルフイノヒドロキシ、アンモニオ、ア
ミノおよびホスホノ)の存在を特徴とする有機炭
化水素化合物である。 従つて、本発明の親水性単量体には、2―18個
の炭素原子を有し、重合可能および(または)共
重合可能な二重結合を1個またはそれ以上伴う炭
化水素化合物例えば置換および非置換カルボン酸
およびジカルボン酸ならびにそのエステル;ビニ
ルおよびアリル単量体、特にイタコン酸、マロン
酸、フマル酸およびクロトン酸ならびにそれらの
エステルまたは無水物、非置換またはアルキル―
置換アクリル酸例えばアクリル酸およびメタクリ
ル酸、アクロレインまたはアクリロニトリル;非
置換またはアルキル置換アルキル、シクロアルキ
ル、アリール、ヒドロキシアルキルまたはヒドロ
キシアリールアクリレート、アルキル―置換ジア
ルキルアミノアルキルアクリレート、エポキシア
ルキルアクリレート;ビニルスルホン酸およびス
チレンスルホン酸;ビニルエステル例えば酢酸ビ
ニルおよび高級カルボン酸ビニルエステル、スル
ホ基を含有するカルボン酸のアルキル置換ビニル
エステル;ビニルエーテル例えば非置換または置
換アルキル、シクロアルキルまたはアリールビニ
ルエーテル;ビニル―置換シリコン;ビニル―置
換芳香族または複素環炭化水素;ジアリルフマレ
ート;ジアリルマレエート;アルキル―置換ホス
フエート、ホスフアイトまたはカーボネート;ビ
ニルスルホン、エトキシ化ノニルフエノールとア
クリル酸との反応生成物等があげられる。 親水性単量体が微孔性フイルムの内部に浸透す
ることが企図されているので、約2―14、最も好
ましくは約2―4個の炭素原子を有する親水性単
量体を使用するのが好ましい。 本発明に使用される好ましい親水性単量体はア
クリル酸、メタクリル酸および酢酸ビニルであ
る。 微孔性フイルムの気泡の内部表面を被覆する親
水性単量体の量を調節して水流または電気抵抗最
終用途要件で企図されたフイルムにより定められ
る適切な含浸量の度合とする。前述の如く、この
ような調節は微孔の連続気泡性状を保持するのに
十分な様式、すなわち単量体含浸微孔質フイルム
を本文記載の放射線処理に受けしめて後気孔の目
詰りを回避するのに十分な様式で働かせ、その結
果上述の所望の特性が先行技術の代表的な界面活
性剤被覆を用いて得られるよりも長い持続期間の
間維持される。気孔の表面に化学的に固定される
親水性単量体の特定の量は含浸量%によつて表わ
される。すなわち、硬化された微孔性フイルムに
存在する親水性単量体の重量を示す未被覆微孔性
フイルムの重量%である。 従つて、本文に記載の微孔性フイルムの気孔目
詰りを避けるためには、微孔の表面に化学的に固
定される親水性単量体の含浸量%を、未被覆微孔
性フイルムの重量を基にして約10%以下、一般に
は約0.1―10%、好ましくは約0.5―2.5%、最も好
ましくは約1―2.0%(例えば1.5%)(重量%)
であるように調節する。 選択された特別な含浸量%は、得られた親水性
微孔質フイルムを使用する最終用途により定めら
れ、上述の含浸量%の広い範囲内で変り得る。 例えば、グラフト化親水性微孔性フイルムを電
池セパレーターとして使用しようとする場合、含
浸量%は、親水性単量体の含浸量の函数である得
られた親水性微孔性フイルムの電気抵抗(ミリオ
ーム/平方インチ)を基準にして選択される。 本文に定義されている電気抵抗は微孔性フイル
ムの電子伝導能力の尺度である。それ故、一般原
則として微孔性フイルムの電気抵抗が高ければ高
いほど微孔性フイルムは電池セパレーターとして
有効でなくなる。 それで、微孔性フイルムの電気抵抗は親水性単
量体の種々の含浸量%で定められ、そして%含浸
量の函数として電気抵抗をプロツトする。次に、
%含浸量を所望の電気抵抗を基準として定める。 以下に記載の如く本発明の親水性微孔性フイル
ムの電気抵抗は普通約3ミリオーム/平方インチ
(milliohms―in2)以下、好ましくは約
10milliohms―in2、最も好ましくは約5milliohms
―in2以下に調節される。 グラフト化親水性微孔性フイルムをフイルター
として使用する場合、微孔性フイルムの%含浸量
は本文に定義されるとおり微孔性フイルムを通る
水量を基準として選択される。 従つて、水量を親水性単量体の%含浸量の函数
としてプロツトすることができ、適当な含浸量%
は所望の水量を基準として選択される。 微孔性フイルムが過目的のために使用される
ことが企図されている場合、フイルムの気孔サイ
ズを分離されるべき材料のためのバリヤーとして
働くよう選択され、そして水量を選択された気孔
サイズの限度内で所望されるように調節する。す
なわち、水量は約1気圧の圧力差で約0.01c.c./
分/cm2、以上、好ましくは約0.05c.c./分/cm2、最
も好ましくは約0.5c.c./分/cm2以上であるように
調節することができる。 それで、本発明は過去に製造した疎水性フイル
ムにまさるいくつかの利点を有している。本発明
に従つて製造した親水性微孔性フイルムの連続気
泡性状を保持することが可能であるために、この
ようなフイルムは、逆に遅いプロセスである拡散
によりフイルムを経て水を移送するのに対して、
フイルムを経て水の大量移送を可能とする。大量
移送効果はまた電気抵抗の減少にも寄与する。本
発明の微孔性フイルムの別の利点は、親水性単量
体の微孔性フイルムへの化学的固定から得られ、
これは典型的な界面活性剤よりも長い時間にわた
つて微孔表面への親水性単量体の存在の持続期間
を、特にくりかえして洗滌した後も、延長するも
のである。更に、本発明のフイルムの寸法安定性
もまた改善される。 親水性単量体の極性官能基をその最も極性の形
態に変換することが、可能な場合、適切であると
言える。例えば、これは酸官能基を塩基例えば
KOHと反応させて相当する塩を形成させること
によつて達成させる。それで、塩の形態は、この
場合は、化学的に固定されたフイルムを約5―30
分間KOHの2%溶液で浸漬しておくことによつ
て達成し得る。これによりフイルムの湿潤性が増
進され、かつ柔軟性が増大される。 周知の被覆方法のいずれでも微孔性フイルムを
被覆するのに使用し得る。但し、このような方法
は親水性単量体の%含浸量を十分正確に調節し得
ることが条件である。 微孔性フイルムの気泡の内部表面を正確にかつ
十分に被覆する好ましい方法は、微孔性フイルム
を微孔表面で凝縮する単量体の蒸気と接触させる
ことである。 %含浸量は、親水性単量体の平衡蒸気圧(すな
わち、単量体蒸気の凝縮速度が所定の温度でその
蒸発速度と等しくなる)および親水性単量体が微
孔性フイルムと接触している時間を調節すること
により制御することができる。 一定の温度で親水性単量体被膜の所望量を得る
のに必要な平衡蒸気圧は、温度を一定に保ちなが
ら、%含浸量対種々の平衡蒸気圧での時間をプロ
ツトすることによつて求められる。上述の如く選
択される%含浸量は微孔性フイルムに付与するこ
とが求められている特別の性質によつて左右され
る。 適当な%含浸量を得るのに必要な平衡蒸気圧は
上記プロツトから容易に定められる。単量体蒸気
と微孔性フイルムとの接触時間もまた同様にして
定められる。 それで、連続方法では、微孔質フイルムを適切
な平衡蒸気圧および温度で親水性単量体蒸気を含
有する室内を連続的に通過させる。微孔性フイル
ムと親水性単量体蒸気との接触時間は蒸気中の微
孔性フイルムの路の長さおよびライン速度を調節
することにより制御される。 明らかに、蒸気被覆技術は親水性単量体の臨界
温度(すなわち、圧力とは無関係に液体単量体が
存在し得ない温度)が微孔性フイルムの特性が使
用される特別の接触時間で不利な影響を受ける温
度以下である場合にのみ使用し得る。 蒸気―被覆技術を大気圧、適切な蒸気圧を生じ
る温度で実施するのが好ましい。 典型的には、蒸気被覆技術を大気圧を用いると
きに実施する温度は、親水性単量体がアクリル
酸、メタクリル酸または酢酸ビニルである場合、
約50―170℃に変化する。 亜大気圧および超大気圧もまた温度および接触
時間を適切に調整することにより使用することが
できる。 %含浸量は硬化処理後定められるので、親水性
単量体の%含浸量を超える量を当初微孔性フイル
ムに適用して硬化処理中に生じ得る単量体の損失
を補償する。 微孔性フイルムを親水性単量体で被覆し得るそ
の他の適当な方法は親水性単量体を揮発性溶媒に
溶解してパジング浴を形成させることである。溶
媒としては例えばメチレンクロライドがあげられ
る。 パジング浴を次にリバースロール被覆技術で使
用する。この方法では、ドクターロールを単量体
被覆溶液のパジング浴中に部分的に配置する。第
二の被動ロールがそれ自体とドクターロールによ
り形成されるニツプを経て未被覆疎水性微孔質フ
イルムウエブを誘導する。好ましくは別個に駆動
される2本のロールが同一方向に回転し、その結
果被覆フイルムウエブを未被覆フイルムが出てく
る方向に誘導される。フイルム上に配置された単
量体被覆量はドクターロールおよび第二フイルム
駆動ロールの速度と2本のロールで形成されるニ
ツプのサイズの差の函数である。 あるいはまた、絞りロール法を使用してもよ
い。この方法ではフイルムは単量体被覆溶液のパ
ジング浴中に誘導され、その下向きに配置された
2本の絞りロール間で絞られる。被覆量は2本の
絞りロール間のギヤツプサイズおよびその間に及
ぼされる圧力の函数である。 基体疎水性微孔質フイルムを被覆するための別
の代替方法は線巻き計量ロツド法である。この方
法は絞りロール法と同一である。但し、単量体被
覆溶液浴を経て誘導されることにより被覆された
後の微孔質フイルムを一対の線巻き計量ロツド間
で絞り、これらロツドが計量ロツドのまわりの線
巻きの配置により配置される被覆量を調節する点
が例外である。 リバースロール、絞りロールおよび線巻き被覆
技術において、微孔性フイルムに当初適用される
親水性単量体の量はこれらの方法での説明で論述
した変数の1つまたは2つの函数である。更に、
3種の方法いずれでも単量体被覆量はまたパジン
グ浴中の単量体の濃度の函数でもある。親水性単
量体パジング浴は単量体を使用する親水性単量体
の沸点よりも低い沸点を有する普通の有機溶媒例
えば、メチレンクロライドに加えて、アセトン、
メタノール、エタノールおよびイソプロパノール
に溶解することにより提供される。 パジング浴中の親水性単量体の濃度を調節して
溶媒蒸発時適切な単量体量の適用が得られるよう
にする。一般に、パジング浴の単量体濃度は浴の
重量を基にして約1―30%好ましくは約5―15%
(重量)に変り得る。 パジング浴を用いて親水性単量体を微孔性フイ
ルムに被覆した場合、その中に存在する溶媒は被
覆フイルムを乾燥機中を通過させることにより除
去される。乾燥機の温度は溶媒のみを蒸発させ、
フイルムの微孔表面に付着させた単量体が残るの
に十分な高い温度でなければならない。 微孔性フイルムの気泡が親水性単量体で被覆さ
れそして、存在しているときは、溶媒を除去した
後、被覆された微孔性フイルムを電離放射線に暴
露して親水性単量体を通常疎水性の微孔表面に化
学的に固定しかつ該表面を親水性とする。 電離放射線にあてるとき、所望の効果を達成す
るのに多くの可能なメカニズムまたはその組合せ
を操業し得る。それで、親水性単量体は微孔表面
に化学的に結合されたものとなりかつ(または)
重合および(または)共重合により単量体性層も
しくはスリーブを形成し得る。この層またはスリ
ーブは、微孔表面の輪郭による重合体性スリーブ
に対する閉じ込め効果の結果として、例えば微孔
表面へのスリーブ表面のランダム化学結合により
化学的に、かつ(または)物理的に、微孔表面に
緊密に結合される。「化学的固定」(chemical
fixation)なる用語は上記メカニズムまたはその
組合せ全部を包含することを企図している。 所望の改良をなし得る特別のメカニズムに制限
されることなく、通常疎水性の微孔質フイルムの
性質は親水性単量体の%含浸量に基いて一または
それ以上の方法で変性される。 それで、得られた放射線処理微孔性フイルム
は、典型的な界面活性剤被覆により他に得られる
よりも長い使用期間にわたつて親水性が付与され
ている。更にまた、フイルムの連続気泡性状は、
大量移送および低電気抵抗が必要とされる適用例
で微孔性フイルムの使用に対して保持されてい
る。 上述の如く、親水性単量体の通常疎水性の微孔
性フイルムに対する化学的固定は親水性単量体含
浸された微孔性フイルムを電離放射線に暴露する
ことによつて達成される。 電離放射線は本文では、イオンを発生しかつ化
学結合を破壊し、それにより使用した親水性単量
体との間および単量体と微孔表面との間に本文記
載の如く遊離ラジカル反応を誘起するのに十分な
内部エネルギーを有する放出素粒子または光子を
提供するタイプのものから本質的になるものと定
義される。電離放射線は電離素粒子放射線、電離
電磁線、および化学線の形態で好都合に利用し得
る。 「電離素粒子放射線」なる用語は、照射される
塊に対して粒子が投射されるような方法で方向づ
けられた電子または高加速核子例えば、プロト
ン、中性子、α―素粒子、ジユウテロン、β―素
粒子またはそれらの類似体の放出を指して言うも
のとして使用されている。帯電粒子は例えば低エ
ネルギー(すなわち、200KeV)伸長電子ビーム
発振器〔例、エネルギー・サイエンシズ・コーポ
レーシヨン(Energy Sciences Corporation)製
エレクトロカーテンTm
(ELECTROCURTAINTm)、共鳴室付き加速器、
フアンデグラフ起電機、ベータトロン、シンクロ
トロン、サイクロトロン等〕のような装置による
電位傾度の助けによつて加速することができる。
中性子放射線は選択された軽金属例えばベリリウ
ムを高エネルギーの陽性素粒子で衝撃させること
により発生させることができる。粒子放射線は原
子パイル、放射線同位元素またはその他の天然ま
たは人工放射性材料を用いても得ることができ
る。 「電離電磁線放射線」は金属ターゲツト例えば
タングステンを適当なエネルギーの電子で衝撃さ
せることによつて発生させる。このエネルギーは
0.1ミリオンエレクトロンボルト(mev.)以上の
電位加速器により電子に付与される。このタイプ
の放射線に加えて、通称X―線、本発明の実施化
に適した電離電磁放射線は原子炉(パイル)を用
いてまたは天然または人工放射性材料例えばコバ
ルト60の使用により得ることができる。 本文に記載の親水性単量体は化学線に暴露され
ることによつても化学的固定を受けることができ
る。一般に、化学線に対する感度が生じる波長の
使用は約1800―4000オングストローム単位であ
る。種々の化学線の適当な源が当該技術分野で入
手可能であり、例としては水晶水銀灯、紫外コ
ア・カーボン・アークおよび高フラツシユ・ラン
プを包含する。化学線を使用する場合、開始剤を
使用してもよい。 好適な電離放射線源は例えば米国特許第
3702412号、第3745396号および同第3769600号に
記載されているような伸長電子ビーム発生器であ
り、これらの特許を参考までに本文に挿入する。 正確なプロセスコントロールのための技術は、
一つのタイプの放射線の結果から他の放射線への
変換を可能とするように十分に開発され、そして
本文記載の技術の適正な調節を任意の所望の生成
物の製造に交換可能で使用し得る。 約1.0―10メガラド(mrad)、好ましくは約2
―5mrad(例えば、3mrad)の放射線量を用いて
化学的固定を達成する。メガラドは百万ラドであ
る。一ラドは吸収性材料1g当り100エルグのエ
ネルギーの吸収を生じる電離高エネルギー放射線
の量である。この単位は材料による放射線吸収を
測定する通例の手段として広く使用されている。 好ましくは、経済的配慮により最小電離放射線
を用いて化学的固定を達成する。過剰の量(すな
わち、単一暴露で約20mrads以上)は、フイルム
の過熱および収縮ならびに親水性単量体および微
孔性フイルムの分解を避けるべく、避けなければ
ならない。量が少なすぎると、化学的固定が達成
される、親水性単量体が急速に失われる。 親水性単量体の化学的固定をなす最小放射線量
は微孔性フイルムを製造するのに使用される重合
体のタイプに左右されて変化する。それで、例え
ば、重合体がポリエチレンである場合、放射線量
は約1mrad以下であつてはならず、一方ポリプロ
ピレンについては放射線量は約2rads以下、好ま
しくは約3rads以下であつてはならない。 照射には室温を好都合に使用し得るが、上昇し
た温度もまた使用し得る。 酸素は親水性単量体の微孔性フイルムへのグラ
フト化を阻止する傾向があるので、微孔性フイル
ムの放射線処理を不活性雰囲気例えば窒素または
その他の不活性ガス下で行うのが好ましい。 先に述べたとおり、%含浸量は微孔性フイルム
の電気抵抗を基にして選択し得る。 微孔性フイルムの電気抵抗(直流方式)は、既
知の表面積(例えば、0.2平方インチ)を有する
微孔性フイルムの試料を24時間KOHの40重量%
水溶液中に浸漬することにより測定される。次
に、得られた試料をKOHの40重量%水溶液の電
解質に浸漬した作動カドミウム電極(すなわち、
陽極および陰極)の間に配置し、そして既知のア
ンペン数(例えば、40ミリアンペア)の直流を電
極間のセルに通じる。フイルムを通る電位低下(E)
を電位計で測定する。そこに配置された微孔性フ
イルムなしにセルを通る電位低下(E′)を同一電
流を用いて測定する。 次に、微孔性フイルムの電気抵抗を次の方程式
を用いて求める。 E.R.=(E′―E)A/I 式中、Aは暴露したフイルムの表面積(平方イ
ンチ)であり、Iはセルを通る電流(ミリアンペ
ア)であり、E.R.は微孔性フイルムの電気抵抗
(ミリオーム/平方インチ)であり、そしてE′お
よびEは上述のとおりである。 本発明の親水性微孔質フイルムの透水性または
水流量は、水を1気圧の圧力差下におきながら、
フイルムの特定の表面積を通る水流量を測定する
ことによつて求められる。それで、水流量はフイ
ルム表面のcm3当り分当りのcm3の水の量の単位、す
なわちc.c./分/cm2で表わされる。 本発明の微孔性フイルムの通気性はガーレイ
(Gurley)試験により、すなわち、ASTM D726
に従い1平方インチの面積を有するフイルムを標
準ガーレイ・デンソメーター(densometer)に
装着することにより測定される。フイルムに水
12.2インチの標準差圧(フイルムを通る圧力低
下)をかける。空気10cm3がフイルムを通過するの
に要する時間(秒)が通気性の示度である。約
1.5分以上のガーレイ値が孔が目詰りしている表
示である。 本発明の親水性微孔性フイルムは数多くの様々
な用途を有している。特に、水分がフイルムもし
くは表面中を調節下に通過することが所望される
分野で有用性が見い出されている。更に、本発明
に従つて作られたフイルムは種々の液体から超微
粒材料を分離するのに有用なフイルター隔膜支持
体もしくはフイルターとして、また電池セパレー
ターとして使用し得る。 本発明を次の実施例により更に具体的に説明す
る。実施例および本文での部および%は他に特定
されない限りすべて重量基準である。 実施例 1 部分 A この例での説明は米国特許第3801404号に例示
されている「乾式延伸」法による通常疎水性のポ
リオレフイン系微孔質フイルムの製造を具体的に
示す。 0.7のメルト・インデツクスおよび0.92の密度
を有する結晶性ポリプロピレンを、浅い計量スク
リユーをもつ、1インチ押出機を用いてコート・
ハンガータイプの8インチスリツト・ダイを通し
て230℃で溶融押出する。押出機バレルの長さ対
直径比は24/1である。押出物を極めて急速に溶
融引落比150に引落し、そして50℃で、ダイのリ
ツプから0.75インチに維持した回転キヤスチング
ロールと接触させる。この様式で製造されたフイ
ルムは次の特性を有することがわかる。厚さ
0.002インチ、5℃での50%伸長からの回復率
50.3%、結晶化度59.6%。 このフイルムの試料を約30分間140℃で若干の
引張を伴つて空気でオーブン・アニールし、オー
ブンからとり出し、そして放冷する。 次に、アニールした弾性フイルムの試料を伸長
比0.50:1で常温延伸および熱延伸にかけ、次い
で空気中10分間145℃で引張下すなわち一定の長
さで熱硬化する。常温延伸部分は25℃で実施し、
そして熱延伸部分は145℃で実施し、そして全延
伸は弾性フイルムの当初の長さを基にして100%
である。得られたフイルムは約3000オングストロ
ームの平均気泡サイズ長さ、約59.6%の結晶化度
および約8.54m2/gの表面積を有している。微孔
質フイルムの厚さは1ミルである。 部分 B 部分Aに従つて製造した長さ100フイート、巾
6インチの微孔性フイルムの連続ロールを氷アク
リル酸(すなわち100%)の浴を通し、次に絞り
ロールを通しIR分析で測定して含浸前のフイル
ム重量を基にして硬化後1.5重量%の含浸量を得
る。次に、含浸されたフイルムを20フイート/分
のライン速度で伸長電子ビーム発生器(すなわ
ち、長さ24インチ)の窓の下を通す。電子ビース
発生器を使用するライン速度で3メガラドの放射
線量となるようにセツトする。 カーテンの窓の下で、微孔性フイルムと接触し
ている雰囲気の酸素含量は窒素で掃過した室で窓
を封じて500ppm以下に維持する。 次に、硬化した乾燥微孔性フイルムの試料をド
ロツプ試験で湿潤性について試験する。ドロツプ
試験は2%KOH水溶液の0.6m滴をフイルムの表
面にのせることによつて行われる。次に、フイル
ムを肉眼で観察する。水滴をのせたフイルムの部
分が半透明になり、水滴をのせたフイルムの反対
側が湿つてみえるときに、フイルムは膨潤されて
いると定める(第1表で注釈「可」(yes)で表わ
される如く)。ドロツプ試験を照射直後のフイル
ムのオフ・ライン(off―line)試料および室温
で1週間保存した試料について実施する。 硬化微孔性フイルムロールから他の数個の試料
をとり、そして1時間、24時間、4日間および8
日間、60℃に維持したKOHの40重量%水溶液に
浸漬した後本文に記載の方法で電気抵抗について
試験する。結果を平均する。累進的に長くなる時
間の間熱KOHでのフイルム試料の浸積は長時間
の経時に擬しているものである。 電気抵抗について試験した各試料の表面積は
0.2平方インチであり、そして使用電流は40ミリ
アンペア直流である。 硬化微孔性フイルムロールの3個の試料をガー
レイ試験ASTM―D―726Bに従つて気流通気性
について試験する。 得られた結果を第表にチヤート形式で要約す
る。 硬化微孔性フイルムロールの試料、11.3cm2の表
面積を有する各試料をミリポア(millipore)・フ
イルターハウジングに入れることにより、24時間
60℃に維持したKOHの31%水溶液に浸漬した後
水流について試験する。ミリポア・フイルターを
水で満たし、そしてフイルム試料の両面間の大気
圧差圧に加圧する。水を5分間かけて微孔性フイ
ルムを通過するにつれて採取する。結果をフイル
ム表面cm2当り分当り採取した水のc.c.に換算する。 結果を第表に要約する。 比較実施例 硬化に使用する放射線量を1メガラドに減少さ
せる以外は実施例1をくりかえして実施する。実
施例1に従つて製造した未被覆微孔性フイルムを
も実施例1に記載したのと同じ方式で電離放射線
に暴露し、試験し、そして比較対照として用い
る。結果を第表に要約する。 第表のデータから明らかなように、1メガラ
ドの量は比較実施例の微孔性フイルムの不定の電
気抵抗で示される如くポリプロピレン微孔性フイ
ルムの有効な硬化を達成するのには余りにも少な
すぎるものと考えられる。オフ・ライン試料につ
いての比較実施例の正の膨潤性試験は、照射によ
り化学的に固定されていなかつた残留アクリル酸
によるものと考えられる。1週間後のこの比較実
施例のフイルムの負の湿潤性は1週間の保存期間
にわたるアクリル酸の損失によるものと考えられ
る。このことは1週間保存後のフイルムの不定の
電気抵抗によつて確認される。 実施例1のフイルムの電気抵抗が熱KOHに暴
露4日後に増加し、次に暴露8日後に若干低下し
ていることがみられる。経時4日後の低下はアク
リルグラフトがその塩の形態に完全に変換されて
いることに因り、一方経時4日後は塩変換が部分
的にのみ完了しているものと考えられる。それ
で、アクリルグラフトのその塩形態への完全な変
換は電気抵抗を低下させるものと思われる。
The present invention provides improved water permeability and/or
MICROPOROUS FILM WITH REDUCED ELECTRICAL RESISTANCE. U.S. Patent No. 3839516, No. 3801404, No.
With recent developments in the field of open-cell microporous polymeric films, as exemplified by Nos. 3679538, 3558764, and 3426754, we find applications that take advantage of the unique properties of these new films. Research has been promoted for this purpose. Films of this type that are in fact gas-permeable water barriers can be used in vents, gas-liquid transfer media, battery separators, and a variety of other applications. One drawback of these films, which has limited the number of applications in which they could be used in the past, was their hydrophobic nature. This means that
This is especially true when using polyolefin films, a preferred type of microporous material commonly used in the production of microporous films. Since these films are not "wetted" with water and aqueous solutions, they cannot be advantageously used in consequential applications such as filter media, electrochemical separator components, etc. Several proposals have been made in the past to overcome these problems, as exemplified by U.S. Pat. A coating or impregnating agent is used. Although such coatings or impregnants are effective for a limited period of time, they tend to be removed relatively quickly by solutions that come into contact with the existing film or fiber. Other attempts have been made to use low energy plasma treatments to impart hydrophilic properties to normally hydrophobic microporous films. Such plasma treatment is carried out by first activating the surface sites of the microporous film using argon or hydrogen plasma and then grafting the film with a suitable free radically polymerizable species, such as acrylic acid. .
Plasma treatment results in a film with only a rewettable surface. The surface of the film also becomes clogged when wetted, thereby inhibiting or inhibiting the free flow of water within the film. The inevitable clogging of the surface pores makes the film unsuitable for certain filter applications, increases the electrical resistance of the film, and also impairs the dimensional stability of the film, as evidenced by substantial shrinkage upon drying. Decrease. As mentioned above, a disadvantage of plasma treatment is its limited ability to wet only the surface of the microporous film. Because microporous films of the type described herein have an unusually large surface area, mere surface wettability does not mean that the films have certain organoleptic properties such as low electrical resistance and comparable to the known surfactant systems mentioned above. It has been recognized that it is not possible to reliably represent the water flow rate in the film that is possible. The major disadvantages of plasma processing, namely pore clogging and mere surface wetting, are believed to result from a combination of factors, such as the tendency of low energy plasmas to be easily quenched by the high surface area of microporous films. This reduces the possibility of activation of internal sites within the microporous film. Similarly, if the graftable monomer is first contacted with a plasma-activated microporous film surface,
There is competition for the introduction of graftable monomers used by the free radical polymer grafting that initially occurs on the film surface. In other words, the graft polymer chains initially present on the film surface grow at a rate that gradually increases as the reaction progresses.
Therefore, the resulting extended graft polymer chains that form on the film surface entangle and clog the surface pores in the presence of water. Other attempts to provide hydrophilic films using plasma processing are illustrated in US Pat. Nos. 3,992,495 and 4,046,843. Other techniques for wetting and making polyethylene films suitable for use in battery separators are described by V. Agostino and J. Lee in ``Manufacturing Methods''. Manufacturing Methods for High Performance Grafted Polyethylene Battery Separators
For High Performance Grafted―
Polyethylene Battery Separators), US National Technical Information Service
Service), AD Report No. 745571 (1972), Abstract 78 Chemical Abstracts (Chemical
Abstract) 5031f (1973); “Low Temperature Alkaline Battery Separators” by V. Dooragostino and J. Lee
Temperature Alkaline Battery Separators),
27 Power Sources Symposium (Power
Sources Sym.) 87-91 (1976), Abstract Chemical.
Abstract 86, 158277f; V. Dooragostino,
J. Lee and G. Orban, “Zinc Silver Oxide Batteries”
Silver Oxide Batteries), edited by A. Fleischer and J. Lander,
1971]. These papers use ``PERMION'' developed by RAI Research Corporation.
This article discusses and relates to commercially available products known as (trade name). In summary, the method of manufacturing this material consists of crosslinking 1 mil polyethylene sheets using beta radiation and then grafting with methacrylic acid in a suitable solution under Co60 gamma radiation. The grafted material is washed to remove homopolymer, converted to the salt form in hot KOH, washed again to remove residual base, dried, and packaged. The initial cross-linking process produces microcracks or longitudinal slits in the non-porous polyethylene film, which are so small that they cannot be seen even under an electron microscope. The diameter of these microcracks is approximately
It is estimated to be 20 angstroms (10 -8 cm). The microcracks are then grafted with methacrylic acid. Therefore, the resulting film has an average size of about 100-5000 microporous films used in the present invention.
It is not microporous in the sense of having angstroms. The extremely small size of the "permion" microcracks generally prevents the collective migration of mobile charged species generated by redox reactions through the film at any substantial rate. This is reflected in the relatively high (eg, 30-40 milliohms square inch) electrical resistance exhibited by this type of film. Additionally, Permion lacks dimensional stability in more than one direction, as evidenced by substantial swelling. Non-porous polymeric substrates such as polyethylene and polypropylene are described in U.S. Pat.
It is well known that it is possible to react with various monomers, such as acrylic acid, using various types of ionizing radiation, as specifically shown in US Pat. .
However, since these US patents all relate to microporous films, these patents do not address the unique problems associated therewith. Therefore, research continues into relatively permanent wettable hydrophilic microporous films that exhibit low electrical resistance and improved water flux through the microporous film. The present invention was developed in response to this research. Accordingly, it is an object of the present invention to provide a method for imparting relatively permanent hydrophilic properties to normally hydrophobic microporous films, thereby improving their water permeability. Another object of the present invention is to provide a method for reducing the electrical resistance of microporous films, which are typically hydrophobic. Yet another object of the present invention is to provide a hydrophilic microporous film having reduced electrical resistance. Yet another object is to overcome the problems of the prior art mentioned above. These and other objects and scope, nature and uses of the invention will become apparent to those skilled in the art from the following detailed description. In one aspect of the invention, a method is provided for rendering a normally hydrophobic polyolefin-based microporous film hydrophilic to improve its water flow rate and reduce its electrical resistance, the method comprising: (a) The bulk density is approximately 200-10,000, which is reduced compared to the bulk density of the precursor film used to manufacture the film.
The microporous surface of a typically hydrophobic polyolefin-based open-cell microporous film characterized by having an average pore size of about 100 .ANG . and coated with at least one hydrophilic organic hydrocarbon monomer characterized by the presence of at least one double bond and at least one polar functional group; and (b) a microporous film. The hydrophilic organic hydrocarbon monomer is applied to the surface of the micropores in an amount sufficient to maintain the open cell nature of the micropores and about 0.1% based on the weight of the uncoated microporous film. The coated microporous film of (a) is chemically fixed by irradiation with about 1-10 megarads of ionizing radiation in an amount sufficient to obtain a pick-up of -10% by weight. It consists of things. In another aspect of the invention, a hydrophilic open cell microporous film is provided comprising: a hydrophilic open cell microporous film; (a) has a reduced bulk density compared to the bulk density of the precursor film from which it is manufactured, and has a bulk density of approximately
an open cell usually hydrophobic microporous film characterized by having an average pore size of 200-10000 angstroms and a surface area of at least 10 m 2 /g; and (b) at least one double bond and at least one
A coating of the microporous surface of a microporous film with at least one hydrophilic organic hydrocarbon monomer having about 2 to 18 carbon atoms and characterized by the presence of polar functional groups of about 2 to about 18 carbon atoms; The hydrophilic organic hydrocarbon monomer coating retains the open-cell nature of the microporous film upon exposure to about 1-10 megarads of ionizing radiation and maintains the open-cell nature of the microporous film by approximately 0.1 megarads based on the weight of the uncoated microporous film. -Chemically fixed to the microporous surface of the microporous film in an amount sufficient to obtain a 10% by weight impregnation. The essence of the present invention is that the open-cell microporous film
Relatively permanently wettable while retaining the open cell nature of the microporous film when the pores are chemically fixed with controlled amounts of hydrophilic monomers that can be grafted by exposure to ionizing radiation and/or can be hydrophilic. Furthermore, this chemical fixation also occurs within air bubbles located at internal sites within the microporous film. By controlling the amount of monomer that is chemically immobilized on the surface of the pores, the polymer chain grafts generated upon exposure to radiation appear to be aligned on the pore surfaces. Entanglement and clogging of the holes is thus avoided. The present invention relates to a hydrophilic microporous film and a method for producing the same. Porous or cellular films can be classified into two general types. One type is a film in which the pores are not continuous, i.e., a closed cell film, and the other type is a film in which the pores are essentially continuous through tortuous paths extending from one external surface or surface area to another. In other words, it is an open-cell film. The porous film of the present invention is of the latter type. Furthermore, the bubbles in the porous film of the present invention are microporous. That is, the details of the structure or arrangement of these bubbles can only be discerned by microscopy. In fact, open cells in the film are generally smaller than can be measured using an ordinary optical microscope. This is because the wavelength of visible light, which is about 5000 angstroms (one angstrom is one ten-billionth of a meter), is longer than the longest plane or surface dimension of an open cell or cell. However, the microporous film of the present invention can be identified using electron microscopy techniques that can analyze the details of cell structures of 5000 angstroms or less. The microporous films of the present invention are also characterized by reduced bulk density (hereinafter sometimes referred to as "low" density). That is, these microporous films have a bulk or overall density that is lower than that of a comparable film made of the same polymeric material but that is not open celled or has other void structures. . The term “bulk density” is
In this text, it means the total volume of the film or the weight per geometric volume unit when the total volume is measured by immersing the film of known weight in a container partially filled with mercury at 25°C and atmospheric pressure. Use as. The volumetric rise in mercury level is a direct unit of total volume. This method is known as the mercury volumetric method and is described in the Encyclopedia of
Chemical Technology” (Encyclopedia of
Chemical Technology, Volume 4, Page 892 (Interscience, 1949). Porous films have been produced that have a microporous, open cell structure and are also characterized by reduced bulk density. For example, a film having this microporous structure is disclosed in US patent application filed by the present applicant.
No. 3426754, which is incorporated herein for reference. The preferred manufacturing method described in that patent involves stretching or elongating a crystalline, elastic precursor film at ambient temperature by an amount of about 10-300% of its original length, i.e., "cold stretching," and then shrinking the film. This includes stabilizing the stretched film by heat curing it under tension such that it does not shrink or shrinks only to a limited extent.
Other methods of making microporous films are illustrated in US Pat. Although both of the above US and UK patents disclose methods of making normally hydrophobic microporous films that can be made hydrophilic in accordance with the present invention, suitable normally hydrophobic microporous films include US Pat. No. 3,801,404, which defines a method for manufacturing microporous films, referred to in the text as the "dry stretching" method, and which is provided in accordance with the method described in U.S. Pat.
No. 3,839,516, which defines a method for making microporous films referred to as the "solvent stretching" process, both of which are incorporated herein by reference. Each of these patents discloses preferred alternative routes for the production of normally hydrophobic microporous films by manipulating the precursor film according to specified method steps.
Preferred precursor films that can be used to make microporous films according to the "dry stretch" and "solvent stretch" methods are specifically detailed in each of the above-mentioned respective patents. So, "dry stretching"
The method has a zero recovery time (defined below) of at least 40%, preferably at least about 50% when subjected to a standard strain (elongation) of 50% at 25°C and 65% relative humidity.
%, most preferably at least about 80%. Elastic recovery, as used herein, is a measure of the ability of a structure or shaped article, such as a film, to return to its original size after being stretched, and is calculated as follows. Elastic recovery rate (ER)%=
Stretched Length - Stretched Length/Stretched Length x 100 A standard strain of 50% is used to identify the elastic properties of the starting film, but this strain is merely exemplary. Generally, such a starting film is
Compared to the elastic recovery rate at 50% strain, higher elastic recovery rate and substantially 50% at less than 50% strain
Strains above have slightly lower recovery rates. These starting elastic films also have at least 20
%, preferably at least 30%, most preferably at least 50%, such as about 50-90% or more. Crystallinity % is ``Journal・
of Applied Polymer Science”
(Journal of Applied Polymer Science), No. 2
Vol. 5, pp. 166-173 (1959), by the X-ray method described by R.G. Quinn et al. For more information on crystallinity and its significance in polymers, see Golding, D. Van Nostrand, Polymers and Resins.
Nostrand), 1959]. Other elastic films considered suitable for the production of precursor films for use in dry stretching processes are described in British Patent No. 1052550, published December 21, 1966. Precursor elastomeric films used for the production of microporous films by the dry stretching process route are to be distinguished from films formed from classical elastomers such as natural and synthetic rubbers. In such a classical elastic body, the stress-strain relationship, especially the stress relationship, is influenced by the entropy mechanism of strain (rubber elasticity). The positive temperature coefficient of the contractile force, ie the reduced stress with decreasing temperature and the complete loss of elasticity at the glass transition temperature, is a special consequence of entropy-elasticity. On the other hand, the elasticity of the precursor elastic film used herein has different properties. Quantitative thermodynamic experiments with these elastic precursor surf films show that the increasing stress (negative temperature coefficient) with decreasing temperature means that the elasticity of these materials depends on the energy conditions and is not governed by entropic effects. be understood as a thing. More importantly, it has been found that "dry-stretched" precursor elastic films retain their stretching properties at temperatures at which normal entropic elasticity can no longer operate.
That is, the stretching mechanism of "dry-stretched" precursor elastic films can be considered to be based on energy-elasticity relationships, and these elastic films can be referred to as "non-classical" elastic bodies. Alternatively, in the "solvent stretching" method, at least 2
A precursor film is used which must contain seed components, such as an amorphous component and a crystalline component. Therefore, crystalline materials that are binary in nature are the ones that work well in this method. The degree of crystallinity of the precursor film is at least 30
%, preferably at least 40%, most preferably at least 50% (volume % of precursor film). Polymers, i.e. synthetic resinous materials in which precursor films are used in any way according to the invention, include olefin polymers such as polyethylene, polypropylene, poly-3-methylbutene-
1, poly-4-methylpentene-1, and copolymers of propylene, 3-methylbutene-1, 4-methylpentene-1 or ethylene with each other or with small amounts of other olefins, e.g. copolymers of propylene with ethylene. polymer, with a major amount of 3-methylbutene-1 and a minor amount of a straight-chain n-alkene, such as n-octene-1, n-hexadecene-1, n-octadecene-1, or other relatively long-chain alkenes. Olefin polymers such as copolymers of 3-methylpentene-1 and 3-methylbutene-1 with any of the same n-alkenes described above with respect to 3-methylbutene-1 are included. For example, if a propylene homopolymer is generally intended for use in a "dry stretch" process, the % crystallinity as described above, approximately
Weight average molecular weight in the range of 100000-750000 (e.g. about 200000-500000) and about 0.1-75 (e.g. about
Isotactic polypropylene having a melt index of 0.5-30) can be used to obtain a final film product with the desired physical properties. "Olefinic polymer"
and “olefin polymer”
It should be understood that the terms are used interchangeably and are intended to describe polymers made by polymerizing olefin monomers through their unsaturation. . "Solvent stretching"
Polymers suitable for use in the solvent stretch process are disclosed in the applicant's application, John. U.S. Patent Application No. 44,805 (filed 6/1/79), invented by John W. Soehngen, titled "Improved method for producing microporous films from precursor films of controlled crystal structure. A polymer used in accordance with the invention described in "Solvent Stretching Method"), the description of which is hereby incorporated by reference. So, the density of about 0.960-0.965gm/cc,
A polyethylene homopolymer having a high melt index of about 3 or more, preferably about 3-20, and a broad molecular weight distribution ratio (w/n) of about 3.8 or more, preferably about 3.8-13, is made microporous by a "solvent drawing" method. Suitable for producing quality films. Additionally, nucleating agents may be added to the polymers used to make precursor films as described in the above-referenced US patent application, in which case polymers having melt indexes as low as 0.3 may be used. Apparatus of suitable types for forming precursor films are well known to those skilled in the art. For example, shallow groove metering screws and coat
A conventional film extruder fitted with a hanger die is convenient. Generally, the resin is introduced into the hopper of an extruder, which has a jacket and screw with heating elements. The resin is melted and conveyed by a screw to a die, from which the resin is extruded in the form of a film through a slit, and the film is stretched by take-up or casting rolls. More than one take-up roll may be used in various combinations or stages. The die opening or slit width may range, for example, from about 10-200 mils. Using this type of equipment, the film is approximately 5:
It can be extruded at a drawdown ratio of 1-200:1, preferably 10:1-50:1. The term "drawdown ratio" or more simply "draw ratio" as used herein is the ratio of the film take-up or take-off speed to the film release speed at the extrusion die. The melt temperature for film extrusion is generally no more than about 100°C above the melting point of the polymer and no less than about 10°C above the melting point of the polymer. For example, polypropylene is extruded at a melt temperature of about 180-270°C, preferably 200-240°C. Polyethylene is extruded at a melt temperature of about 175-225°C. When the precursor film is to be used according to the "dry stretch" method, the extrusion operation is preferably carried out with rapid cooling and rapid drawdown to obtain maximum elasticity. This is accomplished by having the take-off rail relatively close to the extrusion slot, such as within 2 inches, preferably within 1 inch. For example, use an air knife operating at temperatures between 0°C and 40°C within 1 inch of the slot to rapidly cool the film.
That is, it can be rapidly cooled and solidified. The take-off roll may be rotating at a speed of, for example, 10-1000 ft/min, preferably 50-500 ft/min. When the precursor film is to be used according to the "solvent stretch" method, the extrusion operation can result from rapid cooling sufficient to minimize stress and obtain maximum crystallinity, yet to prevent the development of large spherulites. To minimize any accompanying orientation,
It is preferable to carry out the process with slow cooling. This is accomplished by adjusting the distance of the chill roll take-off from the extrusion slit. Although the above description has been in relation to a slit die extrusion process, an alternative process for the precursor film format contemplated by this invention is an inflation process in which the hopper and extruder are the same as the slit extruder described above. Use one that is substantially the same. From the extruder, the melt enters a die from which it is extruded through an annular slot into a tubular film having an initial diameter D1 . Air is introduced into the system through the inlet and into the tubular film, and this air increases the diameter of the tubular film.
It has the effect of blowing up to D2 . Means, such as air rings, may also be provided to direct air around the exterior of the extruded tubular film to provide different cooling ratios. Means such as a cooling mandle may be used to cool the interior of the tubular film. Cool the film completely,
After the curing distance, the film is wound up on a take-up roll. Using the blown film method, the drawdown ratio is preferably 5:1-100:1, the slot opening is 10-200 mils, preferably 40-100 mils, and the D 2 /D 1 ratio is, for example, 1.0. -4.0, preferably about
1.0−2.5, and the withdrawal speed is, for example, 30−
700ft/min. The melt temperature may be within the ranges defined above for slot die extrusion. The extruded film can then be heat treated or annealed to first improve the crystal structure, for example by increasing the crystallinity size and removing defects. Generally, this annealing is carried out at a temperature in the range of about 5-100°C below the melting point of the polymer for a few seconds to several hours, such as 5 seconds to 24 hours, preferably about 30 seconds to 2 hours. For polypropylene, the preferred annealing temperature is approximately 100-155
It is ℃. An exemplary method of carrying out the anneal is by placing the extruded film under tension or no tension in an oven at the desired temperature, where the residence time is preferably about 30 seconds to 1 hour. In a preferred embodiment, the partially crystalline precursor film obtained is processed, preferably in one of the two alternative methods described above, to obtain a normally hydrophobic microporous film that can be used in accordance with the present invention. The first preferred method (referred to hereinafter as the "dry stretching" method) as described in U.S. Pat. (2) hot stretching or hot stretching the cold stretched film until fibrils and pores or open cells extending parallel to the stretching direction are formed, and then (3) The process involves heating or thermosetting the resulting porous film under tension, ie, at a substantially constant length, to impart stability to the film. "Cold stretching" used in this text
The term stretching refers to a film in which the stretching temperature (i.e. the temperature of the film being stretched) is below the temperature at which melting begins when the film is heated uniformly at a temperature of 25°C and a rate of 20°C/min. Defined as stretching or pulling at a temperature greater than its original length. As used in this text, the term "hot stretching" refers to the temperature at which melting begins when the film is uniformly heated from 25°C at a rate of 20°C/min.
However, it is defined as stretching below the normal melting point of the polymer, that is, below the temperature at which melting occurs.
As is well known to those skilled in the art, the temperature at which melting begins and the melting temperature can be measured by a standard differential thermal analyzer (DTA) or other known equipment capable of detecting thermal transitions in polymers. The temperature at which melting begins varies with the type of polymer, the molecular weight distribution of the polymer, and the crystalline morphology of the film. For example, polypropylene elastic film is approximately
Cold stretching can be performed at temperatures below 120°C, preferably about 10-70°C, and typically at ambient temperatures, such as 25°C. The cold-stretched polypropylene film can then be hot-stretched at a temperature above about 120°C and below the melting temperature, preferably between about 130°C and 150°C.
Again, the temperature at which the film itself is stretched is referred to herein as the stretching temperature. The stretching in these two steps or stages must be in the same direction and sequential in their order, i.e. cold then hot stretching, but the cold stretched film may be stretched to any significant degree (e.g. before being hot stretched). As long as the stretching does not shrink by 5% or less of the length stretched at room temperature, it can be carried out continuously, semi-continuously or in batches. The total amount of stretching in the above two steps may range from about 10-300%, preferably from about 50-150%, based on the original length of the elastic film. Further, the ratio of the amount of hot stretching to the total amount of stretching or tension is approximately 0.10:
1 or more and 0.99:1 or less, preferably about 0.50:1-
0.97:1, most preferably about 0.50:1-0.95:1
That's fine. This relationship between "normal temperature" and "thermal" stretching is referred to as "extension ratio" in this text.
(% "thermal" elongation vs. % "total" elongation). In any stretching operation in which heat must be supplied, the film can be heated by electrical resistance methods, by passing over heated plates, by means of moving rolls that are heated sequentially via heated liquids, heated gases, etc. After the two-step or two-step stretching described above, the stretched film is thermoset. This heat treatment is approximately 125℃
for polypropylene and at temperatures ranging from below the melting temperature, preferably about 130-160°C, and for polyethylene at about 75°C.
℃ to below the melting temperature, preferably about
115-130°C, and similar temperature ranges for the other polymers mentioned above. This heat treatment holds the film under tension, i.e., under such tension that the film can shrink without shrinkage or only to a controlled extent of no more than about 15% of its stretched length, with the proviso that It must be carried out while keeping the film under no significant tension that would cause it to be further stretched by more than 15%. Preferably, the tension is such that no substantial shrinkage or stretching occurs, such as a change in stretched length of 5% or less. Preferably the period of heat treatment carried out subsequent to and after the tensile operation is at a higher annealing temperature.
It should not be longer than 0.1 seconds and generally can be within the range of about 5 seconds to 1 hour, preferably about 1 to 30 minutes. The curing step may be carried out in air or other atmospheres such as nitrogen, helium or argon. A second preferred alternative method (referred to herein as the "solvent stretching" method) for converting precursor films into microporous films as described in U.S. Pat. No. 3,839,516 consists of (1) at least two components ( for example,
an amorphous component and a crystalline component), one of which is present in a smaller volume than all the other components, and a swelling agent such that the swelling agent is adsorbed onto the film. The basic steps of contacting for a sufficient period of time; (2) stretching the film in at least one direction while in contact with the swelling agent; and (3) maintaining the film in its stretched state throughout removal of the swelling agent. It includes. The film can be stabilized by heat curing or ionizing radiation, optionally under tension. Generally, a solvent with a Hildebrand solubility parameter that is the same as or near that of the polymer will have a suitable solubility for the stretching methods described herein.
The Hildebrand solubility parameter measures the cohesive energy density. The underlying principle is therefore based on the fact that a solvent with the same cohesive energy density as the polymer has a high affinity for the polymer and is suitable for this purpose. A general set of swelling agents, one of which may be selected as appropriate for a particular polymeric film, includes: lower aliphatic ketones such as acetone, methyl ethyl ketone, cyclohexane; lower fatty acid esters such as ethyl formate;
Butyl acetate, etc.; Halogenated hydrocarbons such as carbon tetrachloride, trichloroethylene, perchloroethylene, chlorobenzene, etc.; Hydrocarbons such as heptane, cyclohexane, benzene, xylene, tetralin, decalin, etc.; Nitrogen-containing organic compounds such as pyridine, formamide, dimethylformamide, etc. ; Examples of ethers include methyl ether, ethyl ether, dioxane, and the like. Mixtures of two or more of these organic solvents may also be used. The swelling agent is carbon, hydrogen, oxygen, nitrogen, halogen,
Preferably, the compound consists of sulfur and contains no more than about 20 carbon atoms, preferably no more than about 10 carbon atoms. The "solvent stretching" step can be carried out at a temperature ranging from above the freezing point of the solvent or swelling agent to below the temperature at which the polymer dissolves (eg, ambient temperature - about 50°C). Precursor films used in "solvent stretching" methods can range in thickness from 0.1 to about 20 mils or even thicker. In a preferred embodiment, the precursor film is described in U.S. Patent Application Serial No. 44801, filed on 6/1/79, entitled "Improved Solvent Stretching Method for Producing Microporous Films," commonly filed by the assignee of the present invention. Stretch in two axial directions according to the following operations. The contents of this U.S. application are incorporated herein by reference. This method defines suitable stretching conditions in the uniaxial direction, thereby improving the air permeability of the uniaxially stretched microporous film. The uniaxially stretched microporous film can then be stretched in the transverse direction to further improve air permeability. Therefore, it is preferred to uniaxially "solvent stretch" the precursor film to about 350% or less, and most preferably 300% or more, of its original length. Typically, no further stretching in the same direction after solvent removal is used. The optional stabilization step may be a heat curing step or a cross-linking step. This heat treatment is carried out at a temperature ranging from about 125°C to below the melting temperature for polypropylene, preferably about 130-150°C; for polyethylene from about 75°C to below the melting temperature, preferably about 115-130°C, and above. The rest of the polymer is carried out in the same temperature range. This heat treatment is carried out while the film is held under tension, i.e., the film does not shrink or may shrink only to a controlled extent of no more than about 15% of its stretched length, provided that the film is further stretched by no more than 15%. It should be carried out while being held under tension that is not too great. Preferably, the tension is such that no substantial shrinkage or stretching occurs, eg, less than a 5% change in stretched length. Preferably, the duration of the heat treatment following and subsequent to the "solvent stretching" operation should be no longer than 0.1 seconds at the higher annealing temperature. Generally it may be within the range of about 5 seconds to 1 hour, preferably about 1 to 30 minutes. The curing step described above is carried out in air or other atmosphere such as nitrogen, helium or argon. If the precursor film is biaxially stretched, the stabilization step must be carried out after, and not before, the transverse stretching. Although the text description and examples relate primarily to the olefin polymers described above, high molecular weight acetal (eg, oxymethylene) polymers are also contemplated by the present invention. Although both acetal homopolymers and copolymers are contemplated, the preferred acetal polymers for purposes of polymer stability are "random" oxymethylene copolymers, which contain Repeating oxymethylene interspersed with —OR— groups (i.e., —CH 2 —O—)
unit, where R is a divalent group containing at least two carbon atoms directly bonded to each other and located in the chain between the two valences, and any on the R group The substituents are inert, i.e., they do not involve intervening functional groups and do not induce undesired reactions, and the majority of the -OR- units are attached to each end of the oxymethylene group. exists as a single unit. Examples or suitable polymers include copolymers of trioxane and cyclic ethers containing at least two adjacent carbon atoms, such as those disclosed in Walling et al., U.S. Pat. No. 3,027,352. Consolidation is included.
These polymers in film form contain at least 20%;
Preferably it may have a crystallinity of at least 30%, most preferably at least 50%, such as 50-60% or more. Furthermore, these polymers have a melting point of at least 150°C and a number average molecular weight of at least 10,000. For a more detailed description of acetals and oxymethylene polymers, see Formaldehyde, Walter, pp. 175-191 (Reinhold, 1964). Other relatively crystalline polymers to which the invention may be applied are polyalkylene sulfides such as polymethylene sulfide and polyethylene sulfide, polyarylene oxides such as polyphenylene oxide, polyamides such as polyhexamethylene adipamide ( Nylon 66) and polycaprolactam (Nylon 6), all of which are well known to those skilled in the art and need not be further discussed in the text for the sake of brevity. The normally hydrophobic microporous film used in the present invention has a density that, under no tension, is lower than that of a corresponding polymeric material that does not have an open cell structure (e.g., materials made from these). It has a high bulk density. Thus, the film has a bulk density of about 95% or less, preferably 20-40%, of the precursor film. Stated another way, the bulk density is reduced by at least 5% and preferably 60-80%. For polyethylene, the decrease is 30-80
%, preferably 60-80%. Bulk density was about 20-40% of the starting material, and porosity increased by 60-80% due to porosity. When the microporous film is produced by the "dry stretch" or "solvent stretch" method, the final crystallinity of the microporous film is preferably at least 30%, more preferably at least 65% and even more suitably about 70%. -85%
Journal of Applied Polymer Science, Volume 2, No. 5, No. 166.
It is measured by the X-ray method described by RG Quinn et al. on page 173. For a detailed explanation of crystallinity and its significance in polymers, see Polymers and Resins, Golding (S. Van Nostrand,
(1959). The microporous film that can be used in the present invention is about 200-
It may have an average pore size of 10000 A°, typically about 400-5000 A°, more typically about 500-5000 A°. These numbers are
Textile Research Journal
Journal), January 1963, pp. 21-34, or by mercury porosimetry as described in the paper by RG Quinn et al., Geil, "Polymer Single Crystals".
Crystals, p. 69 (Interscience, 1963). When using an electronic micrograph, measurements of bubble length and width are usually made by simply using a flat ruler to directly measure the length and width of the bubbles on the electronic micrograph photographed at 5000-10000x magnification. It can be obtained by Normally, the bubble length values obtained by electron microscopy are approximately equal to the bubble size values obtained by mercury porosimetry. The microporous films used in this invention exhibit surface area within certain predictable limits when produced by either the "solvent stretch" or "dry stretch" methods. Typically such microporous films have a surface area of at least 10 m 2 /g, preferably about 15-25 m 2 /g.
It can be seen that the surface area is in the range of g. For films formed from polyethylene, the surface area is generally about 10-25 m 2 /g, preferably about 20 m 2 /g.
in the range of g. Surface area can be measured from nitrogen or krypton gas adsorption isotherms using the method and apparatus described in US Pat. No. 3,262,319. The surface area obtained by this method is usually expressed in m 2 /g. To facilitate comparison of various materials, this value can be multiplied by the bulk density (g/cc) of the material to give a surface area expressed in m 2 /cc. The typically hydrophobic microporous polymeric film of the present invention to which hydrophilicity is imparted is about 1 mil (0.001 inch).
It has a preferred thickness of about 8 mils. Typically hydrophobic microporous films produced according to the procedure described above are prepared by coating the surface of the micropores of the microporous film with a hydrophilic monomer or mixture thereof, and then coating the coated microporous film with a hydrophilic monomer or mixture thereof. Made wettable and/or hydrophilic by exposure to ionizing radiation. The ionizing radiation chemically fixes the hydrophilic monomer and renders the monomer relatively permanently hydrophilic. The impregnation level or amount of chemically immobilized hydrophilic monomers is adjusted within certain limits in order to avoid clogging of the air bubbles and at the same time allow adjustment of the total porosity of the hydrophilic film. Adjustment of the porosity in turn allows adjustment of the water permeability and electrical resistance of the film. The term “hydrophobic” as used in this text refers to
Approx. water per 1cm2 of flat film surface under water pressure of
Defined to mean a surface that passes 0.010 ml/min or less. Similarly, the term "hydrophilic" is meant to apply to a surface that will pass more than about 0.01 ml/min/cm 2 of water under the same pressure. The hydrophilic monomers that can be used to coat the pore surfaces of the microporous films of the invention have 2-18 carbon atoms and at least one double bond (and therefore a double bond). The bond makes the monomer polymerizable and/or copolymerizable under the influence of ionizing radiation at temperatures that do not adversely affect the microporous film) and at least one polar functional group (e.g. carboxy,
It is an organic hydrocarbon compound characterized by the presence of sulfo, sulfinohydroxy, ammonio, amino and phosphono. The hydrophilic monomers of the invention therefore include hydrocarbon compounds having 2-18 carbon atoms and with one or more polymerizable and/or copolymerizable double bonds, e.g. and unsubstituted carboxylic and dicarboxylic acids and their esters; vinyl and allyl monomers, especially itaconic, malonic, fumaric and crotonic acids and their esters or anhydrides, unsubstituted or alkyl-
Substituted acrylic acids such as acrylic acid and methacrylic acid, acrolein or acrylonitrile; unsubstituted or alkyl-substituted alkyl, cycloalkyl, aryl, hydroxyalkyl or hydroxyaryl acrylates, alkyl-substituted dialkylaminoalkyl acrylates, epoxyalkyl acrylates; vinylsulfonic acids and styrenes Sulfonic acids; vinyl esters such as vinyl acetate and higher carboxylic acid vinyl esters, alkyl-substituted vinyl esters of carboxylic acids containing sulfo groups; vinyl ethers such as unsubstituted or substituted alkyl, cycloalkyl or aryl vinyl ethers; vinyl-substituted silicones; vinyl-substituted Examples include aromatic or heterocyclic hydrocarbons; diallyl fumarates; diallyl maleates; alkyl-substituted phosphates, phosphites or carbonates; vinyl sulfones, reaction products of ethoxylated nonylphenols and acrylic acid, and the like. Since it is contemplated that the hydrophilic monomer will penetrate into the interior of the microporous film, it is preferable to use a hydrophilic monomer having about 2-14, most preferably about 2-4 carbon atoms. is preferred. Preferred hydrophilic monomers used in the invention are acrylic acid, methacrylic acid and vinyl acetate. The amount of hydrophilic monomer coating the interior surfaces of the cells of the microporous film is adjusted to provide the appropriate degree of impregnation as dictated by the film's intended water flow or electrical resistance end use requirements. As previously mentioned, such adjustment is sufficient to preserve the open-cell nature of the micropores, i.e., to avoid clogging of the pores after the monomer-impregnated microporous film is subjected to the radiation treatment described herein. The surfactant coatings act in a sufficient manner so that the desired properties described above are maintained for longer periods of time than can be obtained using typical surfactant coatings of the prior art. The specific amount of hydrophilic monomer that is chemically immobilized on the surface of the pores is expressed in terms of % pick-up. That is, it is the weight percent of the uncoated microporous film that represents the weight of hydrophilic monomer present in the cured microporous film. Therefore, in order to avoid clogging of the pores of the microporous film described in the main text, the impregnated amount of the hydrophilic monomer chemically fixed on the surface of the micropores should be adjusted to Up to about 10% by weight, generally about 0.1-10%, preferably about 0.5-2.5%, most preferably about 1-2.0% (e.g. 1.5%) (wt%)
Adjust so that The particular pick-up percentage selected will be determined by the end use for which the resulting hydrophilic microporous film will be used and can vary within the wide range of the pick-up percentages mentioned above. For example, if a grafted hydrophilic microporous film is to be used as a battery separator, the % impregnation is a function of the impregnation of hydrophilic monomer, the electrical resistance of the resulting hydrophilic microporous film ( (milliohms per square inch). Electrical resistance, as defined herein, is a measure of a microporous film's ability to conduct electrons. Therefore, as a general rule, the higher the electrical resistance of a microporous film, the less effective the microporous film is as a battery separator. The electrical resistivity of the microporous film is then determined at various % pick-ups of hydrophilic monomer, and the electrical resistivity is plotted as a function of % pick-up. next,
The % impregnation amount is determined based on the desired electrical resistance. As described below, the electrical resistance of the hydrophilic microporous film of the present invention is typically less than about 3 milliohms-in 2 , preferably about
10 milliohms—in 2 , most preferably about 5 milliohms
-Adjusted to less than in 2 . When a grafted hydrophilic microporous film is used as a filter, the percent pick-up of the microporous film is selected based on the amount of water passing through the microporous film as defined herein. Therefore, the amount of water can be plotted as a function of the % pick-up of the hydrophilic monomer, and the appropriate % pick-up
is selected based on the desired amount of water. If the microporous film is intended to be used for a specific purpose, the pore size of the film is selected to act as a barrier for the material to be separated, and the amount of water is adjusted to the selected pore size. Adjust as desired within limits. In other words, the amount of water is approximately 0.01cc/with a pressure difference of approximately 1 atmosphere.
min/cm 2 , preferably about 0.05 cc/min/cm 2 , most preferably about 0.5 cc/min/cm 2 . Thus, the present invention has several advantages over previously produced hydrophobic films. Because it is possible to retain the open-cell nature of the hydrophilic microporous films produced according to the present invention, such films are capable of transporting water through the film by diffusion, which is a slow process. For,
Enables large amounts of water to be transferred through the film. The mass transport effect also contributes to a reduction in electrical resistance. Another advantage of the microporous film of the present invention derives from the chemical immobilization of hydrophilic monomers onto the microporous film,
This extends the duration of the presence of the hydrophilic monomer on the micropore surface for a longer period of time than typical surfactants, especially after repeated washings. Additionally, the dimensional stability of the films of the present invention is also improved. It may be appropriate, if possible, to convert the polar functional groups of the hydrophilic monomers into their most polar form. For example, this converts an acid functional group to a base e.g.
This is achieved by reaction with KOH to form the corresponding salt. So, the salt form, in this case, has a chemically fixed film of about 5-30
This can be achieved by soaking in a 2% solution of KOH for minutes. This enhances the film's wettability and increases its flexibility. Any of the well known coating methods can be used to coat the microporous film. However, such a method requires that the percentage impregnation of the hydrophilic monomer can be controlled with sufficient accuracy. A preferred method of accurately and thoroughly coating the internal surfaces of the cells of a microporous film is to contact the microporous film with a monomer vapor that condenses on the microporous surfaces. The % pick-up is determined by the equilibrium vapor pressure of the hydrophilic monomer (i.e., the rate of condensation of the monomer vapor is equal to its rate of evaporation at a given temperature) and the rate at which the hydrophilic monomer contacts the microporous film. It can be controlled by adjusting the time that the The equilibrium vapor pressure required to obtain the desired amount of hydrophilic monomer coating at a constant temperature can be determined by plotting the percent pick-up versus time at various equilibrium vapor pressures while keeping the temperature constant. Desired. The percentage pick-up selected as described above will depend on the particular properties sought to be imparted to the microporous film. The equilibrium vapor pressure required to obtain the appropriate percent pick-up is easily determined from the above plot. The contact time between the monomer vapor and the microporous film is also determined in a similar manner. Thus, in a continuous process, the microporous film is passed continuously through a chamber containing hydrophilic monomer vapor at the appropriate equilibrium vapor pressure and temperature. The contact time of the microporous film with the hydrophilic monomer vapor is controlled by adjusting the path length of the microporous film in the vapor and the line speed. Clearly, the vapor coating technique is important because the critical temperature of the hydrophilic monomer (i.e., the temperature at which no liquid monomer can exist, independent of pressure) is due to the properties of the microporous film at the particular contact time used. It may only be used below the temperature at which it is adversely affected. Preferably, the steam-coating technique is carried out at atmospheric pressure and at a temperature that produces a suitable steam pressure. Typically, the temperature at which the steam coating technique is carried out using atmospheric pressure is such that when the hydrophilic monomer is acrylic acid, methacrylic acid or vinyl acetate,
The temperature changes from about 50℃ to 170℃. Subatmospheric and superatmospheric pressures can also be used with appropriate adjustment of temperature and contact time. Since the % pick-up is determined after the curing process, an amount in excess of the % pick-up of hydrophilic monomer is initially applied to the microporous film to compensate for any loss of monomer that may occur during the curing process. Another suitable method by which a microporous film may be coated with a hydrophilic monomer is by dissolving the hydrophilic monomer in a volatile solvent to form a padding bath. Examples of the solvent include methylene chloride. The padding bath is then used in a reverse roll coating technique. In this method, a doctor roll is partially placed in a padding bath of monomer coating solution. A second driven roll directs the uncoated hydrophobic microporous film web through a nip formed by itself and the doctor roll. The two rolls, preferably driven separately, rotate in the same direction so that the coated film web is guided in the direction in which the uncoated film emerges. The monomer coverage deposited on the film is a function of the speed of the doctor roll and second film drive roll and the difference in size of the nip formed by the two rolls. Alternatively, a squeeze roll method may be used. In this method, the film is introduced into a padding bath of monomer coating solution and squeezed between two downwardly positioned squeeze rolls. Coverage is a function of the gap size between the two squeeze rolls and the pressure exerted between them. Another alternative method for coating a substrate hydrophobic microporous film is the wire wound metered rod method. This method is the same as the squeeze roll method. However, the microporous film after being coated by being guided through a monomer coating solution bath is squeezed between a pair of wire-wound metering rods, and these rods are arranged by an arrangement of wire windings around the metering rods. The exception is that the amount of coverage is adjusted. In reverse roll, squeeze roll, and wire wound coating techniques, the amount of hydrophilic monomer initially applied to the microporous film is a function of one or two of the variables discussed in the description of these methods. Furthermore,
In all three methods, monomer coverage is also a function of the concentration of monomer in the padding bath. The hydrophilic monomer padding bath uses monomers containing common organic solvents with a boiling point lower than that of the hydrophilic monomer, such as methylene chloride, as well as acetone,
Provided by dissolving in methanol, ethanol and isopropanol. The concentration of hydrophilic monomer in the padding bath is adjusted to obtain the appropriate amount of monomer applied during solvent evaporation. Generally, the monomer concentration of the padding bath is about 1-30%, preferably about 5-15%, based on the weight of the bath.
(weight). When a microporous film is coated with a hydrophilic monomer using a padding bath, the solvent present therein is removed by passing the coated film through a dryer. The temperature of the dryer evaporates only the solvent,
The temperature must be high enough to leave the deposited monomer on the microporous surface of the film. If the bubbles of the microporous film are coated with the hydrophilic monomer and, if present, the coated microporous film is exposed to ionizing radiation to remove the hydrophilic monomer after removing the solvent. It is chemically fixed to the usually hydrophobic micropore surface and makes the surface hydrophilic. When exposed to ionizing radiation, many possible mechanisms or combinations thereof may be activated to achieve the desired effect. The hydrophilic monomer then becomes chemically bound to the micropore surface and/or
Monomeric layers or sleeves may be formed by polymerization and/or copolymerization. This layer or sleeve is formed by chemically and/or physically as a result of a confinement effect on the polymeric sleeve by the contour of the microporous surface, e.g. by random chemical bonding of the sleeve surface to the microporous surface. tightly bonded to the surface. "chemical fixation"
The term fixation is intended to encompass all of the above mechanisms or combinations thereof. Without being limited to the particular mechanism by which the desired improvement may be achieved, the properties of the typically hydrophobic microporous film are modified in one or more ways based on the percent pick-up of hydrophilic monomer. The resulting radiation-treated microporous film is thus rendered hydrophilic for a longer period of use than would otherwise be obtained with a typical surfactant coating. Furthermore, the open cell property of the film is
Microporous films are reserved for use in applications where high volume transport and low electrical resistance are required. As mentioned above, chemical fixation of hydrophilic monomers to normally hydrophobic microporous films is accomplished by exposing the hydrophilic monomer-impregnated microporous film to ionizing radiation. Ionizing radiation is defined in the text as generating ions and breaking chemical bonds, thereby inducing free radical reactions between the hydrophilic monomers used and between the monomers and the microporous surfaces as described in the text. is defined as consisting essentially of a type that provides emitting elementary particles or photons with sufficient internal energy to do so. Ionizing radiation may be conveniently utilized in the form of ionizing particle radiation, ionizing electromagnetic radiation, and actinic radiation. The term "ionizing particle radiation" refers to electrons or highly accelerated nucleons that are oriented in such a way that the particles are projected onto the irradiated mass, such as protons, neutrons, alpha particles, dieuterones, beta particles, etc. Used to refer to the release of particles or their analogs. The charged particles can be produced using, for example, a low-energy (i.e. , 200 KeV) elongated electron beam oscillator (e.g., ElectroCurtain Tm manufactured by Energy Sciences Corporation).
(ELECTROCURTAIN Tm ), accelerator with resonance chamber,
Acceleration can be achieved with the aid of potential gradients by devices such as van degraff generators, betatrons, synchrotrons, cyclotrons, etc.
Neutron radiation can be generated by bombarding selected light metals, such as beryllium, with high energy positive subatomic particles. Particle radiation can also be obtained using atomic piles, radioactive isotopes or other natural or artificial radioactive materials. "Ionizing electromagnetic radiation" is generated by bombarding a metal target, such as tungsten, with electrons of appropriate energy. This energy is
A potential of 0.1 million electron volts (mev.) or more is given to electrons by an accelerator. In addition to this type of radiation, the ionizing electromagnetic radiation suitable for the implementation of the invention, commonly called X-rays, can be obtained using nuclear reactors (piles) or by the use of natural or artificial radioactive materials, such as cobalt-60. The hydrophilic monomers described herein can also undergo chemical fixation by exposure to actinic radiation. Generally, the wavelength used at which sensitivity to actinic radiation occurs is approximately 1800-4000 angstrom units. A variety of suitable sources of actinic radiation are available in the art, including quartz mercury lamps, ultraviolet core carbon arcs, and high flash lamps. When using actinic radiation, an initiator may be used. Suitable sources of ionizing radiation are e.g.
3702412, 3745396 and 3769600, which patents are incorporated herein by reference. Technology for precise process control
It has been sufficiently developed to allow the conversion of the results of one type of radiation to another, and appropriate adjustment of the techniques described herein can be used interchangeably for the production of any desired product. . about 1.0-10 megarads (mrad), preferably about 2
Achieve chemical fixation using a radiation dose of -5 mrad (e.g. 3 mrad). A megarad is a million rad. One rad is the amount of ionizing high-energy radiation that results in the absorption of 100 ergs of energy per gram of absorbent material. This unit is widely used as a customary means of measuring radiation absorption by materials. Preferably, chemical fixation is achieved using minimal ionizing radiation due to economic considerations. Excessive amounts (ie, greater than about 20 mrads in a single exposure) should be avoided to avoid overheating and shrinkage of the film and degradation of the hydrophilic monomer and microporous film. If the amount is too low, the hydrophilic monomers through which chemical fixation is achieved will be rapidly lost. The minimum radiation dose for chemical immobilization of hydrophilic monomers varies depending on the type of polymer used to make the microporous film. So, for example, if the polymer is polyethylene, the radiation dose should not be less than about 1 mrad, while for polypropylene the radiation dose should not be less than about 2 rads, preferably about 3 rads. Although room temperature may be conveniently used for irradiation, elevated temperatures may also be used. Since oxygen tends to inhibit grafting of hydrophilic monomers onto the microporous film, radiation treatment of the microporous film is preferably carried out under an inert atmosphere, such as nitrogen or other inert gas. As mentioned above, the percent pick-up can be selected based on the electrical resistance of the microporous film. Electrical resistance of microporous films (DC method) is determined by injecting a sample of microporous film with a known surface area (e.g., 0.2 square inches) into 40% by weight KOH for 24 hours.
Measured by immersion in an aqueous solution. The resulting sample was then placed into a working cadmium electrode (i.e.
anode and cathode), and a direct current of known amperage (e.g., 40 milliamps) is passed through the cell between the electrodes. Potential drop across the film (E)
is measured with an electrometer. The potential drop (E') across the cell without the microporous film placed therein is measured using the same current. Next, the electrical resistance of the microporous film is determined using the following equation. ER = (E' - E) A/I where A is the surface area of the exposed film (in square inches), I is the current through the cell (milliamperes), and ER is the electrical resistance of the microporous film ( milliohms per square inch), and E' and E are as described above. The water permeability or water flow rate of the hydrophilic microporous film of the present invention is determined when water is placed under a pressure difference of 1 atmosphere,
It is determined by measuring the flow rate of water through a specific surface area of the film. The water flow rate is then expressed in units of the amount of water in cm 3 per minute per cm 3 of the film surface, ie cc/min/cm 2 . The air permeability of the microporous film of the present invention was determined by the Gurley test, i.e., ASTM D726
It is measured by attaching a film having an area of 1 square inch to a standard Gurley densometer. water on film
Apply a standard differential pressure (pressure drop across the film) of 12.2 inches. The time (in seconds) it takes for 10 cm 3 of air to pass through the film is a measure of air permeability. about
A Gurley value of 1.5 minutes or more indicates that the pores are clogged. The hydrophilic microporous films of the present invention have many different uses. In particular, they have found utility in areas where controlled passage of moisture through a film or surface is desired. Additionally, films made in accordance with the present invention may be used as filter membrane supports or filters useful in separating ultrafine materials from various liquids, and as battery separators. The present invention will be explained in more detail with reference to the following examples. All parts and percentages in the examples and text are by weight unless otherwise specified. EXAMPLE 1 Part A This example illustrates the production of a normally hydrophobic polyolefin-based microporous film by the "dry stretch" process exemplified in US Pat. No. 3,801,404. Crystalline polypropylene with a melt index of 0.7 and a density of 0.92 was coated using a 1-inch extruder with a shallow metering screw.
Melt extrude at 230°C through a hanger type 8 inch slit die. The length to diameter ratio of the extruder barrel is 24/1. The extrudate is very rapidly drawn down to a melt draw down ratio of 150 and contacted with a rotating casting roll maintained at 0.75 inches from the lip of the die at 50°C. It can be seen that films produced in this manner have the following properties: thickness
Recovery rate from 50% elongation at 0.002 inches and 5℃
50.3%, crystallinity 59.6%. Samples of this film are oven annealed in air with slight tension at 140° C. for approximately 30 minutes, removed from the oven, and allowed to cool. The annealed elastic film samples are then subjected to cold and hot stretching at a stretch ratio of 0.50:1 and then heat cured under tension or constant length at 145° C. for 10 minutes in air. The room temperature stretching part was carried out at 25℃,
And the hot stretching part was carried out at 145℃, and the total stretching was 100% based on the original length of the elastic film.
It is. The resulting film has an average cell size length of about 3000 angstroms, a crystallinity of about 59.6%, and a surface area of about 8.54 m 2 /g. The thickness of the microporous film is 1 mil. Part B A continuous roll of microporous film 100 feet long and 6 inches wide prepared according to Part A was passed through a bath of glacial acrylic acid (i.e., 100%) and then passed through a squeeze roll and measured by IR analysis. to obtain an impregnated amount of 1.5% by weight after curing based on the weight of the film before impregnation. The impregnated film is then passed under the window of an elongated electron beam generator (ie, 24 inches long) at a line speed of 20 feet/minute. A line speed using an electron beam generator is set to give a radiation dose of 3 megarads. Under the curtain window, the oxygen content of the atmosphere in contact with the microporous film is maintained below 500 ppm by sealing the window in a nitrogen-swept chamber. A sample of the cured dry microporous film is then tested for wettability in a drop test. The drop test is performed by placing a 0.6 m drop of a 2% KOH aqueous solution on the surface of the film. Next, observe the film with the naked eye. The film is determined to be swollen when the part of the film on which the water droplets are placed becomes translucent and the opposite side of the film on which the water droplets are placed appears wet (represented by the annotation "yes" in Table 1). as). Drop tests are performed on off-line samples of the film immediately after irradiation and on samples stored for one week at room temperature. Several other samples were taken from the cured microporous film roll and tested for 1 hour, 24 hours, 4 days and 8 hours.
After being immersed in a 40% by weight aqueous solution of KOH maintained at 60° C. for days, it is tested for electrical resistance as described in the text. Average the results. Immersion of the film sample in hot KOH for progressively longer times simulates long-term aging. The surface area of each sample tested for electrical resistance is
It is 0.2 square inches, and the current used is 40 mA DC. Three samples of cured microporous film rolls are tested for airflow per Gurley test ASTM-D-726B. The results obtained are summarized in chart format in the table below. Samples of cured microporous film rolls, each sample having a surface area of 11.3 cm 2 , were placed in a millipore filter housing for 24 hours.
Test for water flow after immersion in a 31% aqueous solution of KOH maintained at 60°C. The Millipore filter is filled with water and pressurized to an atmospheric pressure differential across the film sample. Water is collected as it passes through the microporous film over a 5 minute period. The results are converted to cc of water sampled per cm 2 of film surface. The results are summarized in table. Comparative Example Example 1 is repeated except that the radiation dose used for curing is reduced to 1 megarad. An uncoated microporous film prepared according to Example 1 was also exposed to ionizing radiation in the same manner as described in Example 1, tested, and used as a control. The results are summarized in table. As is clear from the data in the table, the amount of 1 megarad is too low to achieve effective curing of the polypropylene microporous film as indicated by the variable electrical resistance of the microporous film of the comparative example. It is considered too much. The positive swelling test of the comparative example for the off-line samples is believed to be due to residual acrylic acid that was not chemically fixed by irradiation. The negative wettability of the film of this comparative example after one week is believed to be due to the loss of acrylic acid over the one week storage period. This is confirmed by the variable electrical resistance of the film after one week of storage. It can be seen that the electrical resistance of the film of Example 1 increases after 4 days of exposure to hot KOH and then decreases slightly after 8 days of exposure. It is believed that the decrease after 4 days of aging is due to complete conversion of the acrylic graft to its salt form, whereas after 4 days of aging, salt conversion is only partially complete. Complete conversion of the acrylic graft to its salt form is therefore expected to reduce electrical resistance.

【表】 実施例 2 部分 A この説明では「溶媒延伸」法によるポリエチレ
ン微孔性フイルムの製造を例示する。 メルト・インデツクス5.0;重量平均分子量約
80000、密度0.960g/c.c.および分子量分布比約
9.0を有する結晶性ポリエチレンを、プレカーサ
ーフイルム(precursor film)(厚さ3ミリ)を
形成させるためのインフレートフイルム押出法に
より製造し、次に25℃の空気で急冷することによ
り放冷する。次に、得られたプレカーサーフイル
ムの試料を1分間70℃でトリクロロエチレン中に
浸漬し、そして次に、70℃の温度に維持したトリ
クロロエチレンに浸漬したままで、150%/分の
ひずみ速度でその元の長さの4倍に延伸する(す
なわち、300%全延伸)。トリクロロエチレンを蒸
発除去し、試料を約50%の延伸度にクロス・マシ
ン(cross machine)方向に延伸し、そして延伸
状態で風乾する。乾燥は25℃で実施する。 得られた微孔性フイルムは約60%の結晶化度、
約5000オングストロームの平均的気泡長さ、およ
び約10―25m2/gの表面積を示す。 部分 B 部分Aに従つて製造した厚さ1ミルの微孔質フ
イルム試料数個を氷アクリル酸(100%)に浸し、
フイルムが半透明となる。試料をフイルムが白色
の不透明な外観となるまで乾かす。この外観は約
1.5%の含浸量を達成し得る単量体の適量を示し
ているものである。次に、得られた試料を伸長電
子ビームカーテン(すなわち、長さ24インチ)の
直下を通し、窓の下で微孔性フイルムと接触して
いる雰囲気を実施例1で用いた様式で酸素
500ppm以下に維持しながら、種々の放射線量で
照射する。得られた硬化フイルムをガーレイ気
流、電気抵抗(60℃で40%KOH溶液に24時間浸
漬後)および実施例1の方式でドロツプ試験によ
る湿潤性について試験する。結果を表に操業1
―8として要約する。得られた硬化フイルム試料
の%含浸量は赤外分析によつても測定し、結果を
第表に示す。 第表操業4および7の結果からみられるよう
に、電気抵抗は不定であり、かつ試料は湿潤して
いない。これらの結果は化学的固定を達成するに
は放射線量が余りにも低すぎるのを使用したこと
に帰因するものと思われる。従つて、結果として
特性の喪失を伴う任意の測定可能な含浸量の欠除
で証明される如く、親水性単量体が蒸発するもの
と考えられる。 操業1、2、5、6および8のフイルム試料は
低い電気抵抗を示し、湿潤可能である。操業3の
フイルム試料のより高い電気抵抗は肉眼で観察さ
れるフイルムの不均質性に因るものと思われる。
更に、化学的固定が生じているこれらのフイルム
試料は、1.5%含浸量で指示される如く、通気性
においてごく僅かな低下を示す。このことから、
気泡が化学的固定後も目詰りしないでいることが
明らかとなる。
Table Example 2 Part A This description illustrates the production of polyethylene microporous films by the "solvent stretching" method. Melt index 5.0; weight average molecular weight approx.
80000, density 0.960g/cc and molecular weight distribution ratio approx.
9.0 is produced by blown film extrusion to form a precursor film (3 mm thick) and then allowed to cool by quenching with air at 25°C. A sample of the resulting precursor film was then immersed in trichlorethylene at 70°C for 1 minute and then strained at a strain rate of 150%/min while still immersed in trichlorethylene maintained at a temperature of 70°C. (i.e., 300% full stretch). The trichlorethylene is evaporated off, the sample is stretched in the cross machine direction to approximately 50% stretch, and air-dried in the stretched state. Drying is carried out at 25°C. The resulting microporous film has a crystallinity of about 60%,
It exhibits an average cell length of about 5000 angstroms and a surface area of about 10-25 m 2 /g. Part B Soak several 1 mil thick microporous film samples prepared according to Part A in glacial acrylic acid (100%);
The film becomes translucent. Allow the sample to dry until the film has a white, opaque appearance. This appearance is approx.
This shows the appropriate amount of monomer that can achieve an impregnation amount of 1.5%. The resulting sample was then passed directly under an extended electron beam curtain (i.e., 24 inches long) and the atmosphere in contact with the microporous film under the window was changed to oxygen in the manner used in Example 1.
Irradiate with various radiation doses while maintaining the radiation below 500 ppm. The resulting cured film is tested for Gurley air flow, electrical resistance (after immersion in 40% KOH solution for 24 hours at 60°C) and wettability by drop test in the manner of Example 1. Operation 1 with results in table
This is summarized as 8. The percent pick-up of the resulting cured film samples was also determined by infrared analysis, and the results are shown in Table 1. As can be seen from the results of runs 4 and 7 in Table 1, the electrical resistance is variable and the sample is not wet. These results may be attributed to the use of radiation doses that were too low to achieve chemical fixation. It is therefore believed that the hydrophilic monomer evaporates, as evidenced by the lack of any measurable pick-up with consequent loss of properties. Film samples from runs 1, 2, 5, 6 and 8 exhibit low electrical resistance and are wettable. The higher electrical resistance of the Run 3 film samples is likely due to the macroscopically observed film inhomogeneity.
Additionally, these film samples undergoing chemical fixation show only a slight decrease in air permeability, as indicated by 1.5% pick-up. From this,
It becomes clear that the bubbles remain unclogged even after chemical fixation.

【表】 * 高い電気抵抗はフイルムの不均質性による
ものと考えられる。
本発明の原理、好ましい態様および操作様式を
前文中に詳述した。しかし、本発明は開示された
特別な形態に限定されるものと解すべきではな
い。本発明の精神を逸脱することなく変更および
変化を当業者はなし得るものである。
[Table] *The high electrical resistance is thought to be due to the non-uniformity of the film.
The principles, preferred embodiments, and mode of operation of the invention are detailed in the preamble. However, the invention is not intended to be limited to the particular forms disclosed. Modifications and changes may be made by those skilled in the art without departing from the spirit of the invention.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 通常疎水性のポリオレフイン系微孔性フイル
ムを親水性となし、その水流量を改善しかつその
電気抵抗を低減させる方法において: (a) それを製造するプレカーサーフイルムのカサ
密度に比して減少したカサ密度、約200〜10000
オングストロームの平均気孔サイズおよび少な
くとも約10m2/gの表面積を有することを特徴
とする通常疎水性ポリオレフイン系連続気泡微
孔性フイルムの微孔表面を、約2〜18個の炭素
原子を有しかつ少なくとも1個の二重結合およ
び少なくとも1個の極性官能基の存在を特徴と
する親水性有機炭化水素単量体の少なくとも1
種で被覆し;そして (b) 微孔性フイルムの微孔表面に、前記親水性有
機炭化水素単量体を、前記微孔の連続気泡性状
を保持するのに十分であつて、かつ未被覆微孔
性フイルムの重量を基にして約0.1〜10重量%
の含浸量を得るのに十分な量で、(a)の被覆微孔
性フイルムを約1〜10メガラドの電離放射線で
照射することにより化学的に固定する ことを特徴とする方法。 2 親水性炭化水素単量体が約2〜14個の炭素原
子およびカルボキシル、スルホ、スルフイノ、ヒ
ドロキシ、アンモニオ、アミノおよびホスホノか
らなる群から選択される極性官能基少なくとも1
個を有する特許請求の範囲第1項記載の方法。 3 親水性有機炭化水素単量体が非置換およびア
ルキル置換アクリル酸、ビニルエーテル、ビニル
エステルおよびこれらの混合物からなる群から選
択される特許請求の範囲第1項記載の方法。 4 親水性有機炭化水素単量体がアクリル酸、メ
タクリル酸、酢酸ビニルおよびこれらの混合物か
らなる群から選択される特許請求の範囲第1項記
載の方法。 5 通常疎水性の微孔性フイルムがポリエチレン
およびポリプロピレンからなる群から選択される
重合体から提供され、そして「溶媒延伸」または
「乾式延伸」法で製造される特許請求の範囲第1
項記載の方法。 6 通常疎水性微孔性フイルムの微孔表面が未被
覆フイルムの重量を基にして約0.5〜2.5重量%の
親水性有機炭化水素単量体含浸量で化学的に固定
されている特許請求の範囲第1項記載の方法。 7 被覆工程(a)がポリエチレンおよびポリプロピ
レンからなる群から選択された重合体から製造さ
れた連続気泡普通疎水性の微孔性フイルムの微孔
表面(而して前記フイルムはそれを製造するプレ
カーサーフイルムのカサ密度に比して低減したカ
サ密度、約30%以上の結晶化度、約400〜5000オ
ングストロームの平均気孔サイズおよび少なくと
も約10m2/gの表面積を有することを特徴とす
る)を、アクリル酸、メタクリル酸、酢酸ビニル
からなる群から選択される親水性有機炭化水素単
量体の少なくとも1種で被覆することからなる特
許請求の範囲第1項記載の方法。 8 (a) それを製造するプレカーサーフイルムの
カサ密度に比して減少したカサ密度、約200〜
10000オングストロームの平均気孔サイズおよ
び少なくとも10m2/gの表面積を有することを
特徴とする連続気泡通常疎水性微孔性フイル
ム;および (b) 約2〜18個の炭素原子を有しかつ少なくとも
1個の二重結合および少なくとも1個の極性官
能基の存在を特徴とする親水性有機炭化水素単
量体の少なくとも1種の微孔性フイルムの微孔
表面の被膜(而して前記親水性有機炭化水素単
量体被膜は、約1〜10メガラドの電離放射線に
対する暴露により、微孔性フイルムの連続気泡
性状を保持するのに十分であつて、かつ未被覆
微孔性フイルムの重量を基にして約0.1〜10重
量%の含浸量を得るのに十分な量で微孔性フイ
ルムの微孔表面に化学的に固定されている)か
らなることを特徴とする親水性連続気泡微孔性
フイルム。 9 親水性有機炭化水素単量体が約2〜14個の炭
素原子およびカルボキシル、スルホ、スルフイ
ノ、ヒドロキシ、アンモニオ、アミノおよびホス
ホノからなる群から選択される極性官能基少なく
とも1個を有する特許請求の範囲第8項記載の親
水性微孔性フイルム。 10 親水性有機炭化水素単量体が非置換および
アルキル置換アクリル酸、ビニルエステルならび
にそれらの混合物からなる群から選択される特許
請求の範囲第8項記載の親水性微孔性フイルム。 11 親水性有機炭化水素単量体がアクリル酸、
メタクリル酸、酢酸ビニルおよびこれらの混合物
からなる群から選択される特許請求の範囲第8項
記載の親水性微孔性フイルム。 12 通常疎水性の重合体微孔性フイルムがポリ
エチレンおよびポリプロピレンからなる群から選
択され、そして「溶媒延伸」または「乾式延伸」
法によつて製造する特許請求の範囲第8項記載の
親水性微孔性フイルム。 13 親水性単量体が未被覆微孔性フイルムの重
量を基にして約0.5〜2.5重量%の含浸量で微孔表
面に化学的に固定されている特許請求の範囲第8
項記載の親水性微孔性フイルム。 14 連続気泡通常疎水性微孔性フイルムがポリ
エチレンおよびポリプロピレンからなる群から選
択される重合体から「溶媒延伸」または「乾式延
伸」法により製造されたフイルム(而して前記フ
イルムはそれを製造するプレカーサーフイルムの
カサ密度に比して減少したカサ密度、少なくとも
30%の結晶化度、約400〜5000オングストローム
の平均気孔サイズおよび少なくとも約10m2/gの
表面積を有することを特徴とする);そして微孔
性フイルムの微孔表面への上記被膜が非置換およ
びアルキル置換アクリル酸、ビニルエステルおよ
びこれらの混合物からなる群から選択され、約2
〜18個の炭素原子を有する親水性有機炭化水素単
量体の少なくとも1種(而して前記親水性有機炭
化水素単量体被膜は、約2〜5メガラドの電離放
射線に対する暴露により、微孔性フイルムの微孔
の連続気泡性状を保持しかつ未被覆微孔性フイル
ムの重量を基にして約0.1〜10重量%の含浸量を
得るのに十分な量で微孔表面に化学的に固定され
ている)からなることを特徴とする特許請求の範
囲第8項記載の親水性微孔性フイルム。 15 親水性単量体がアクリル酸、メタクリル
酸、酢酸ビニルおよびこれらの混合物からなる群
から選択され、而してこの親水性単量体が未被覆
微孔性フイルムの重量を基にして約0.5〜2重量
%の量で微孔表面に存在している特許請求の範囲
第14項記載の親水性微孔性フイルム。
[Scope of Claims] 1. In a method for making a normally hydrophobic polyolefin microporous film hydrophilic, improving its water flow rate and reducing its electrical resistance: (a) A cover of a precursor film for producing the same; Umbrella density decreased compared to density, approximately 200 to 10,000
The microporous surface of the typically hydrophobic polyolefin-based open-cell microporous film is characterized by having an average pore size of about 2 to 18 carbon atoms and a surface area of at least about 10 m 2 /g. At least one hydrophilic organic hydrocarbon monomer characterized by the presence of at least one double bond and at least one polar functional group
and (b) applying the hydrophilic organic hydrocarbon monomer to the surface of the micropores of the microporous film in an amount sufficient to maintain the open-cell nature of the micropores, and (b) applying the hydrophilic organic hydrocarbon monomer to the surface of the micropores of the microporous film in an amount sufficient to maintain the open-cell nature of the micropores; Approximately 0.1-10% by weight based on the weight of the microporous film
A process characterized in that the coated microporous film of (a) is chemically fixed by irradiating it with about 1 to 10 megarads of ionizing radiation in an amount sufficient to obtain an impregnation level of . 2 The hydrophilic hydrocarbon monomer has about 2 to 14 carbon atoms and at least one polar functional group selected from the group consisting of carboxyl, sulfo, sulfino, hydroxy, ammonio, amino and phosphono.
The method according to claim 1, comprising: 3. The method of claim 1, wherein the hydrophilic organic hydrocarbon monomer is selected from the group consisting of unsubstituted and alkyl substituted acrylic acids, vinyl ethers, vinyl esters, and mixtures thereof. 4. The method of claim 1, wherein the hydrophilic organic hydrocarbon monomer is selected from the group consisting of acrylic acid, methacrylic acid, vinyl acetate, and mixtures thereof. 5. The normally hydrophobic microporous film is provided from a polymer selected from the group consisting of polyethylene and polypropylene and is produced by a "solvent stretching" or "dry stretching" process.
The method described in section. 6 The microporous surface of the normally hydrophobic microporous film is chemically fixed with a hydrophilic organic hydrocarbon monomer impregnation amount of about 0.5 to 2.5% by weight based on the weight of the uncoated film. The method described in Scope 1. 7. The coating step (a) involves the microporous surface of an open-cell, normally hydrophobic, microporous film made from a polymer selected from the group consisting of polyethylene and polypropylene (so that said film is similar to the precursor film from which it is made). an acrylic material (characterized by a reduced bulk density compared to that of an acrylic material), a crystallinity of about 30% or more, an average pore size of about 400 to 5000 angstroms, and a surface area of at least about 10 m 2 /g. The method according to claim 1, which comprises coating with at least one hydrophilic organic hydrocarbon monomer selected from the group consisting of acid, methacrylic acid, and vinyl acetate. 8 (a) Bulk density reduced compared to the bulk density of the precursor film used to manufacture it, approximately 200 ~
an open cell usually hydrophobic microporous film characterized by having an average pore size of 10000 angstroms and a surface area of at least 10 m 2 /g; and (b) having about 2 to 18 carbon atoms and at least one A coating on the microporous surface of a microporous film of at least one hydrophilic organic hydrocarbon monomer characterized by the presence of a double bond and at least one polar functional group (and thus the hydrophilic organic carbon monomer) The hydrogen monomer coating is sufficient to retain the open cell nature of the microporous film upon exposure to about 1 to 10 megarads of ionizing radiation, and is chemically fixed to the microporous surface of the microporous film in an amount sufficient to obtain an impregnation level of about 0.1 to 10% by weight. 9. Claims in which the hydrophilic organic hydrocarbon monomer has about 2 to 14 carbon atoms and at least one polar functional group selected from the group consisting of carboxyl, sulfo, sulfino, hydroxy, ammonio, amino and phosphono. Hydrophilic microporous film according to item 8. 10. The hydrophilic microporous film of claim 8, wherein the hydrophilic organic hydrocarbon monomer is selected from the group consisting of unsubstituted and alkyl-substituted acrylic acids, vinyl esters, and mixtures thereof. 11 The hydrophilic organic hydrocarbon monomer is acrylic acid,
9. The hydrophilic microporous film according to claim 8, which is selected from the group consisting of methacrylic acid, vinyl acetate, and mixtures thereof. 12 The normally hydrophobic polymeric microporous film is selected from the group consisting of polyethylene and polypropylene and is "solvent stretched" or "dry stretched".
9. A hydrophilic microporous film according to claim 8, which is produced by a method. 13. The hydrophilic monomer is chemically immobilized on the microporous surface at an impregnation level of about 0.5 to 2.5% by weight based on the weight of the uncoated microporous film.
The hydrophilic microporous film described in . 14. An open-cell, usually hydrophobic, microporous film produced by a "solvent stretching" or "dry stretching" process from a polymer selected from the group consisting of polyethylene and polypropylene. Reduced bulk density compared to the bulk density of the precursor film, at least
30% crystallinity, an average pore size of about 400-5000 angstroms, and a surface area of at least about 10 m 2 /g); and the coating on the microporous surface of the microporous film is non-substituted. and alkyl-substituted acrylic acids, vinyl esters, and mixtures thereof, about 2
At least one hydrophilic organic hydrocarbon monomer having ~18 carbon atoms, such that the hydrophilic organic hydrocarbon monomer coating becomes microporous upon exposure to about 2 to 5 megarads of ionizing radiation. chemically fixed to the surface of the microporous film in an amount sufficient to maintain the open-cell nature of the microporous film and to obtain an impregnation amount of about 0.1 to 10% by weight based on the weight of the uncoated microporous film. 9. The hydrophilic microporous film according to claim 8, characterized in that the hydrophilic microporous film comprises: 15 The hydrophilic monomer is selected from the group consisting of acrylic acid, methacrylic acid, vinyl acetate, and mixtures thereof, such that the hydrophilic monomer has an amount of about 0.5% based on the weight of the uncoated microporous film. 15. The hydrophilic microporous film of claim 14, wherein the hydrophilic microporous film is present on the surface of the micropores in an amount of ~2% by weight.
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