JPH06104736B2 - ポリオレフィン微多孔膜 - Google Patents
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Description
レフィン組成物の微多孔質に関し、特に、生産性の良い
ポリオレフィン微多孔膜に関する。
隔膜、各種フィルター、透湿防水衣料、逆浸透濾過膜、
限外濾過膜、精密濾過膜等の各種用途に用いられてい
る。
えば異種ポリマー等の微粉体からなる孔形成剤をポリオ
レフィンに混合してミクロ分散させた後、孔形成剤を抽
出する混合抽出法、ポリオレフィン相を溶媒でミクロ相
分離することにより多孔構造とする相分離法、異種固体
がミクロ分散しているポリオレフィン成形体に延伸など
の歪を与えることにより、異種固体間を界面破壊して空
孔を生じさせて多孔化する延伸法などが行われている。
しかし、これらの方法では通常分子量が50万未満程度の
ポリオレフィンが用いられているため、延伸による薄膜
化及び高強度化には限界があった。
子量ポリオレフィンが開発され、これによる高強度の微
多孔膜の製造が種々提案された。
を不揮発性溶媒に溶解し、この溶液から繊維またはフィ
ルムなどのゲルを成形し、この溶媒を含むゲルを揮発性
溶剤で抽出処理した後、加熱延伸する方法を開示してい
る。しかしながら、不揮発性溶媒で高度に膨潤した多孔
性組織を有するゲルは、2方向に延伸しようとしても、
高配向の延伸ができず、網状組織の拡大により破断し易
く、得られるフィルムは強度が小さく、また形成される
孔径が大きくなるという欠点があった。一方不揮発性溶
媒を揮発性溶剤で抽出した後に乾燥したゲルは、網状組
織が収縮緻密化するが、揮発性溶剤の不均一な蒸発によ
りフィルム原反にそりが発生し易く、また収縮緻密化に
より、高倍率の延伸ができないという欠点があった。
子量ポリオレフィンを溶媒中で加熱溶解した溶液からゲ
ル状シートを成形し、前記ゲル状シート中の溶媒量を脱
溶媒処理により調製し、次いで加熱延伸した後、残留溶
媒を除去することにより、超高分子量ポリオレフィン
(ポリエチレン)の微多孔膜を製造する方法が、以下に
示すように種々提案されている。
超高分子量ポリエチレンを溶媒中で加熱溶解した溶液か
らゲル状のシートを成形し、前記ゲル状シートの溶媒量
を10〜80重量%に脱溶媒処理し、次いで加熱延伸した
後、残留溶媒を除去することにより、厚さが10μm以
下、破断強度が200kg/cm2以上、空孔率が30%以上であ
る超高分子量ポリエチレンの微多孔質を製造する方法を
開示している。
α‐オレフィンの重合体の溶液からゲル状物を形成し、
前記ゲル状成形物をそれに含まれる溶媒の少なくとも10
重量%を除去して前記ゲル状成形物に含まれる前記α‐
オレフィン重合体が10〜90重量%になるようにした後、
前記α‐オレフィン重合体の融点+10℃以下の温度で延
伸し、得られた延伸成形物に含まれる残存溶媒を除去す
ることを特徴とする微多孔膜の製造方法を開示してい
る。
上のα‐オレフィン重合体からなり、平均孔径0.001〜
1μm、空孔率30〜90%を有し、1軸方向に2倍以上、
面倍率で20倍以上延伸してなることを特徴とする微多孔
膜を開示している。
上のポリエチレン溶液からゲル状成形物を成形し、前記
ゲル状成形物中の溶媒量を80重量%を超える95重量%以
下の範囲とし、次いで120℃以下の温度で1軸方向に2
倍以上、面倍率で20倍以上延伸した後、残存溶媒を除去
することにより、100/m2・hr・atm以上の純水透過速
度と、50%以上のγ‐グロブリンに対する阻止率を有す
るポリエチレン微多孔膜を製造する方法を開示してい
る。このポリエチレン微多孔膜は、通水性に優れ、かつ
蛋白質溶液等の分離に適した微細孔径を有するものであ
る。
以上の超高分子量ポリオレフィンの溶液を調製し、前記
溶液をゲル化温度以下に急冷しながら、ダイスより押し
出してゲル状成形物中の前記超高分子量ポリオレフィン
の含有量を10〜90重量%にし、前記超高分子量ポリオレ
フィンの融点+10℃以下の温度で延伸し、しかる後残存
溶媒を除去することを特徴とする方法を開示している。
この方法は、微多孔膜を10μmより厚く製造することが
できるため、大きな強度と、耐圧性を要する用途等に好
適な微多孔膜を得ることができる。
チレン)微多孔膜の製造方法は、いずれも超高分子量ポ
リオレフィンを2軸延伸するために、ポリオレフィンを
希薄溶液を調製する必要があり、このため得られた溶液
は、シート成形するダイス出口でスウェルやネックイン
が大きく、シート成形が困難であり、さらにシート中に
は、溶媒が過剰に含まれているため、そのまま延伸して
も目的の微多孔膜は得られないので脱溶媒処理してシー
ト中の溶媒量を調製する必要がある等、生産性において
問題があった。
とすることが可能なポリオレフィン組成物からなるポリ
オレフィン微多孔膜を提供することである。
子量ポリオレフィンを所定量以上含有し、重量平均分子
量/数平均分子量を所定の範囲まで大きくしたポリオレ
フィン組成物を用いれば、高濃度溶液が調製でき、この
溶液から各種特性の良好なポリオレフィン微多孔膜を効
率良く製造することができることを見出し、本発明に想
到した。
均分子量が7×105以上の超高分子量ポリオレフィンを
1重量%以上含有し、重量平均分子量/数平均分子量が
10〜300のポリオレフィン組成物からなり、空孔率が35
〜95%で、平均貫通孔径が0.001〜0.2μmであり、15mm
幅の破断強度が0.2kg以上であることを特徴とする。
る。
7×105以上の超高分子量ポリオレフィンを1重量%以
上含有し、重量平均分子量/数平均分子量が10〜300の
ポリオレフィン組成物からなる。
子量は、10〜300、好ましくは12〜250である。重量平均
分子量/数平均分子量が10未満では、平均分子鎖長が大
きく、溶解時の分子鎖同志の絡み合い密度が高くなるた
め、高濃度溶液の調製が困難である。また300を超える
と、延伸時に低分子量成分の破断が起こり膜全体の強度
が低下する。
尺度として用いられるものであり、この分子量の比が大
きくなるほど分子量分布の幅は拡大する。すなわち重量
平均分子量の異なるポリオレフィンからなる組成物にお
いては、組成物の分子量の比が大きいほど、配合するポ
リオレフィンの重量平均分子量の差が大きく、また小さ
いほど重量平均分子量の差が小さいことを示している。
子量/数平均分子量を10〜300と、超高分子量ポリオレ
フィン自身の重量平均分子量/数平均分子量(通常6程
度)よりも大きく設定している。この結果、分子量分布
は低分子量側へと広がりをみせるため、高濃度のポリオ
レフィン溶液の調製が可能となる。
平均分子量が7×105以上の超高分子量ポリオレフィン
と、重量平均分子量が7×105未満のポリオレフィンと
を重量平均分子量/数平均分子量が上記範囲となるよう
に適量混合することによって得ることができる。
均分子量が7×105以上、好ましくは1×106〜15×106
のものである。重量平均分子量が7×105未満では、最
大延伸倍率が低く、目的の微多孔膜が得られない。一
方、上限は特に限定的ではないが15×106を超えるもの
は、ゲル状成形物の形成において、成形性に劣る。
ン、プロピレン、1-ブテン、4-メチル‐1-ペンテン、1-
ヘキセンなどを重合した結晶性の単独重合体または共重
合体が挙げられる。これらのうち超高分子量ポリエチレ
ン、特に高密度の超高分子量ポリエチレンが好ましい。
成物中の含有量は、ポリオレフィン組成物全体を100重
量%として、1重量%以上である。超高分子量ポリオレ
フィンの含有量が1重量%未満では、延伸性の向上に寄
与する超高分子量ポリオレフィンの分子鎖の絡み合いが
ほとんど形成されず、高強度の微多孔膜を得ることがで
きない。一方、上限は特に限定的ではないが、90重量%
を超えると目的とするポリオレフィン溶液の高濃度化の
達成が困難となるため好ましくない。
ン以外のポリオレフィンは、重量平均分子量が、7×10
5未満のものであるが、分子量の下限としては1×104以
上のものが好ましい。重量平均分子量が1×104未満の
ポリオレフィンを用いると、延伸時に破断が起こりやす
く、目的の微多孔膜が得られないので好ましくない。特
に重量平均分子量が1×105以上7×105未満のポリオレ
フィンを超高分子量ポリオレフィンに配合するのが好ま
しい。
ポリオレフィンと同種のものが挙げられるが、特にエチ
レンを主体とする重合体である高密度ポリエチレンが好
ましい。
に応じて、酸化防止剤、紫外線吸収剤、滑剤、アンチブ
ロッキング剤、顔料、染料、無機充填剤などの各種添加
剤を本発明の目的を損なわない範囲で添加することがで
きる。
について説明する。
濃度溶液は、上述のポリオレフィン組成物を溶媒に加熱
溶解することにより調製する。
できるものであれば特に限定されない。例えば、ノナ
ン、デカン、ウンデカン、ドデカン、パラフィン油など
の脂肪族または環式の炭化水素、あるいは沸点がこれら
に対応する鉱油留分などが挙げられるが、溶媒含有量が
安定なゲル状成形物を得るためにはパラフィン油のよう
な不揮発性の溶媒が好ましい。
解する温度で撹拌しながら行う。その温度は使用る重合
体及び溶媒により異なるが、例えばポリエチレン組成物
の場合には140〜250℃の範囲である。また、ポリオレフ
ィン組成物溶液の濃度は、10〜50重量%、好ましくは10
〜40重量%である。濃度が10重量%未満では、使用する
溶媒量が多く経済的でないばかりか、シート状に成形す
る際に、ダイス出口で、スウェルやネックインが大きく
シートの成形が困難となる。一方、濃度が50重量%を超
えると、均一な溶液の調製が困難となる。なお、加熱溶
解にあたってはポリオレフィンの酸化を防止するために
酸化防止剤を添加するのが好ましい。
押し出して成形する。ダイスは、通常長方形の口金形状
をしたシートダイスが用いられるが、2重円筒状の中空
系ダイス、インフレーションダイス等も用いることがで
きる。シートダイスを用いた場合のダイスギャップは通
常0.1〜5mmであり、押出し成形時には140〜250℃に加熱
される。この際押し出し速度は、通常20〜30cm/分乃至
2〜3m/分である。
ることによりゲル状物に成形される。冷却は少なくとも
ゲル化温度以下までは50℃/分以上の速度で行うのが好
ましい。冷却速度が遅いと結晶化度が上昇し、延伸に適
したゲル状物となりにくい。冷却方法としては、冷風、
冷却水、その他の冷却媒体に直接接触させる方法、冷媒
で冷却したロールに接触させる方法等を用いることがで
きる。なおダイスから押し出された溶液は、冷却前ある
いは冷却中に、1〜10好ましくは1〜5の引取比で引き
取っても良い。引取比が10以上になるとネックインが大
きくなり、また延伸時に破断を起こしやすくなり好まし
くない。
形物を加熱し、通常のテンター法、ロール法、インフレ
ーション法、圧延法もしくはこれらの方法の組合せによ
って所定の倍率で行う。2軸延伸が好ましく、縦横同時
延伸または逐次延伸のいずれでもよいが、特に同時2軸
延伸が好ましい。
好ましくは結晶分散温度から結晶融点未満の範囲であ
る。例えば、ポリエチレンの場合は90〜140℃で、より
好ましくは、100〜130℃の範囲である。延伸温度が融点
+10℃を超える場合は、樹脂の溶融により延伸による分
子鎖の配向ができない。また、延伸温度が結晶分散温度
未満では、樹脂の軟化が不十分で、延伸において破膜し
易く、高倍率の延伸ができない。なお、「結晶分散温
度」とは、結晶内の分子鎖のミクロブラウン運動が活発
になる温度で、「動的粘弾性測定」により測定する。ま
た、「結晶融点」は、ポリオレフィンが結晶状態から液
体状態へ転移する温度で「示差走査熱量測定」により測
定する。
向で少なくとも2倍以上、好ましくは3〜20倍、面倍率
で10倍以上、好ましくは20〜400倍である。面倍率が10
倍未満では延伸が不十分で高弾性、高強度の微多孔膜が
得られない。一方、面倍率が400倍を超えると、延伸装
置、延伸操作などの点で制約が生じる。
去する。洗浄溶剤としては、ペンタン、ヘキサン、ヘプ
タンなどの炭化水素、塩化メチレン、四塩化炭素などの
塩素化炭化水素、三フッ化エタンなどのフッ化炭化水
素、ジエチルエーテル、ジオキサンなどのエーテル類な
どの易揮発性のものを用いることができる。これらの溶
剤はポリオレフィン組成物の溶解に用いた溶媒に応じて
適宜選択し、単独もしくは混合して用いる。洗浄方法
は、溶剤に浸漬し抽出する方法、溶媒をシャワーする方
法、またはこれらの組合せによる方法などにより行うこ
とができる。
%未満になるまで行う。その後洗浄溶剤を乾燥するが、
洗浄溶剤の乾燥方法は加熱乾燥、風乾などの方法で行う
ことができる。乾燥した延伸成形物は、結晶分散温度〜
融点の温度範囲で熱固定することが望ましい。
空孔率が35〜95%で、平均貫通孔径が0.001〜0.2μm
で、かつ15mm幅の破断強度が0.2kg以上である。また本
発明のポリオレフィン微多孔膜の厚さは、用途に応じて
適宜選択しうるが、一般に0.1〜25μmであり、好まし
くは2〜20μmにすることができる。
てさらに、プラズマ照射、界面活性剤含浸、表面クラフ
ト化等で親水化処理することができる。
験方法はつぎの通りである。
(株)製のGPC装置を用い、カラムに東ソー(株)製GMH
-6、溶媒にO-ジクロルベンゼンを使用し、温度135℃、
流量1.0ml/分にて、ゲルパーミエーションクロマトグラ
フィー(GPC)法により測定。
測定。
をASTM D882に準拠して測定。
蒸留水/エタノール混合液(50/50容積比)で親水化処
理を行い、蒸留水で十分に洗浄した後、380mmHgの水圧
をかけたときの濾液の透過量を測定して求めた。
て、380mmHgの差圧下で0.05重量%のプルラン(昭和電
工(株)製)の水溶液を循環させたときに、濾液中に含
まれるプルランの濃度を示差屈折率測定から求めた。そ
して、次式により計算した阻止率が50%になるプルラン
の分子量の値から、後述するようなFloryの理論を利用
して、孔径を換算した。
液中のプルラン濃度)}×100 溶液状態にある鎖状高分子は球状の糸まり状で、その直
径dは、分子鎖の両末端の2乗平均距離〈γ2〉に対し
て、近似的に 〔d/2〕2=〈γ2〉 ・・・(1) の関係にあると考えて良い。
yの理論によると、高分子の種類に無関係に 〔η〕M=2.1×1021〈r2〉3/2 ・・・(2) が成立するので、式(1)及び(2)により、固有粘度
〔η〕の測定値と、阻止率が50%になる分子量Mとから
鎖状高分子の直径dを算出することができる。このdを
ポリエチレン微多孔膜の孔径とした。
チレン2重量部と、6.8×105のポリエチレン8重量部と
を混合したw/n=16.8の原料樹脂と、流動パラフィ
ン(64cst/40℃)90重量部とを混合し、ポリエチレン組
成物の溶液を調製した。次にこのポリエチレン組成物の
溶液100重量部に、2,6-ジ‐t-ブチル‐p-クレゾール
(「BHT」、住友化学工業(株)製)0.125重量部とテト
ラキス〔メチレン‐3-(3,5-ジ‐t-ブチル‐4-ヒドロキ
シルフェニル)‐プロピオネート〕メタン(「イルガノ
ックス1010」、チバガイギー製)0.25重量部とを酸化防
止剤として加えて混合した。この混合物を撹拌機付のオ
ートクレーブに充填して均一な溶液を得た。
し、冷却ロールで引取りながらゲル状シートを成形し
た。
℃、延伸速度0.5m/分で7×7倍に同時二軸延伸を行っ
た。得られた延伸膜を塩化メチレンで洗浄して残留する
流動パラフィンを抽出除去した後、乾燥して厚さ4μm
のポリエチレン微多孔膜を得た。その特性を第1表に示
す。
チレン2重量部と、2.4×105のポリエチレン13重量部と
を混合したw/n=16.7の原料樹脂と、流動パラフィ
ン85重量部とをポリエチレン組成物の溶液とした以外
は、実施例1と同一条件で、厚さ5μmのポリエチレン
微多孔膜を得た。その特性を第1表に示す。
チレン2重量部と、4.1×105のポリエチレン13重量部と
を混合したw/w=190の原料樹脂と、流動パラフィ
ン85重量部とをポリエチレン組成物の溶液とした以外
は、実施例1と同一条件で、厚さ4μmのポリエチレン
微多孔膜を得た。その特性を第1表に示す。
チレン1重量部と、4.1×105のポリエチレン19重量部と
を混合したMw/Mn=150の原料樹脂と、流動パラフィン80
重量部とをポリエチレン組成物の溶液とした以外は、実
施例1と同一条件で、厚さ16μmのポリエチレン微多孔
膜を得た。その特性を第1表に示す。
チレン1重量部と、3.5×105のポリエチレン39重量部と
を混合したw/n=240の原料樹脂と、流動パラフィ
ン60重量部とをポリエチレン組成物の溶液とした以外
は、実施例1と同一条件で、厚さ12μmのポリエチレン
微多孔膜を得た。その特性を第1表に示す。
w/n=8.0)12重量部と、流動パラフィン88重量部と
をポリエチレン溶液とした以外は、実施例1と同一条件
で製膜したが、高倍率で延伸できず、ポリエチレン微多
孔膜は得られなかった。
チレン2重量部と、5.9×105のポリエチレン13重量部と
を混合したw/n350の原料樹脂と、流動パラフィン85
重量部とをポリエチレン組成物の溶液とした以外は、実
施例1と同一条件で製膜したが、破断強度の低いポリエ
チレン微多孔膜しか得られなかった。
チレン(w/n=6.0)12重量部を、流動パラフィン8
8重量部に実施例1と同一条件で溶解しようとしたが、
均一な溶液を調製することができなかった。
チレン0.2重量部と、3.5×105のポリエチレン24.8重量
部とを混合したw/n=120の原料樹脂と、流動パラ
フィン75重量部とをポリエチレン組成物の溶液とした以
外は、実施例1と同一条件で製膜したが、延伸時の破断
が多く、ポリエチレン微多孔膜は得られなかった。
チレン2重量部と、2.4×105のポリエチレン58重量部と
を混合したw/n=14.5の原料樹脂と、流動パラフィ
ン40重量部に実施例1と同一条件で溶解しようとした
が、均一な溶液を調製することができなかった。
り、不織布等と積層する際の取扱い性や加工性に優れて
いる。さらに透水性に優れるため、分子量数万〜数十万
の分子状物を効率良く分画することができる。
ー、電解コンデンサー用隔膜、超精密濾過膜、限外濾過
膜、各種フィルター、透湿防水衣料用多孔質膜等の各種
用途に好適である。
Claims (3)
- 【請求項1】重量平均分子量が7×105以上の超高分子
量ポリオレフィンを1重量%以上含有し、重量平均分子
量/数平均分子量が10〜300のポリオレフィン組成物か
らなり、空孔率が35〜95%で、平均貫通孔径が0.001〜
0.2μmであり、15mm幅の破断強度が0.2kg以上であるこ
とを特徴とするポリオレフィン微多孔膜。 - 【請求項2】請求項1に記載のポリオレフィン微多孔膜
において、厚さが0.1〜25μmであることを特徴とする
ポリオレフィン微多孔膜。 - 【請求項3】請求項1又は2に記載のポリオレフィン微
多孔膜において、前記超高分子量ポリオレフィンが超高
分子量ポリエチレンであり、前記ポリオレフィン組成物
中の他の成分が、エチレンを主体とする重量平均分子量
1×104以上7×105未満の重合体であることを特徴とす
るポリオレフィン微多孔膜。
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