JPH0753760A - ポリオレフィン微多孔膜の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 適度な大きさの孔径を有するポリオレフィン
微多孔膜を効率的に製造する方法を提供する。 【構成】 超高分子量成分を含有するポリオレフィンを
押出機中で溶融し、この押出機の途中からこのポリオレ
フィンの良溶媒を供給することによりポリオレフィンの
溶液を調製して、この溶液を押出機のダイよりシート状
に押し出した後、冷却してゲル状組成物を形成してこの
ゲル状組成物を加熱延伸し、しかる後残存する溶媒を除
去する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ポリオレフィンからな
る微多孔膜を製造する方法に関し、特に適度な大きさの
孔径を有するポリオレフィン微多孔膜を効率的に製造す
る方法に関する。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】微多孔
膜は、電池用セパレーター、電解コンデンサー用隔膜、
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。

【０００３】従来、ポリオレフィン微多孔膜の製造方法
としては、例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用
いられている。しかし、延伸による薄膜化及び高強度化
には限界があった。

【０００４】最近、高強度及び高弾性のフィルムに成形
し得る超高分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。例えば特
開昭58-5228 号は、超高分子量ポリオレフィンを不揮発
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、また形成される孔の孔径
分布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。

【０００５】これに対し、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
種々提案されている（特開昭60-242035 号、特開昭61-4
95132 号、特開昭61-195133 号、特開昭63-39602号、特
開昭63-273651 号）。

【０００６】しかしながら、上記方法においては、ポリ
オレフィンの溶液が高濃度になるほど溶液の調製に時間
がかかる、溶液の濃度の均一化が困難である、溶液が劣
化しやすい等の製造上の問題がある。

【０００７】したがって、本発明の目的は、適度な大き
さの孔径を有するポリオレフィン微多孔膜を効率的に製
造する方法を提供することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的に鑑み鋭意研究
の結果、本発明者らは、超高分子量成分を含有するポリ
オレフィンを押出機中で溶融し、そこにこのポリオレフ
ィンの良溶媒を供給することによりポリオレフィンの溶
液を調製して、この溶液を押出機のダイよりシート状に
押し出した後、冷却してゲル状組成物を形成してこのゲ
ル状組成物を加熱延伸し、しかる後残存する溶媒を除去
すれば、適度な大きさの孔径を有するポリオレフィン微
多孔膜を製造することができ、またそのような方法によ
れば、ポリオレフィンの高濃度溶液の調製に要する時間
を従来よりも大幅に短縮することができること、また波
及的に経済性が向上することを見出し、本発明に想到し
た。

【０００９】すなわち、本発明のポリオレフィン微多孔
膜の製造方法は、(a) 分子量７×10⁵ 以上の成分を１重
量％以上含有するポリオレフィンを押出機中で溶融し、
(b) 前記溶融状態のポリオレフィン10〜80重量％に対し
て、前記溶融状態で液状の溶媒（前記ポリオレフィンに
対する良溶媒）90〜20重量％を押出機の途中から供給し
て溶融混練し、(c) 得られた混練物をダイからシート状
に押し出し、冷却してゲル状組成物を形成し、(d) 前記
ゲル状組成物を加熱延伸し、(e) しかる後残存する溶媒
を除去することを特徴とする。

【００１０】本発明を以下詳細に説明する。〔１〕ポリオレフィン 本発明の方法において製造するポリオレフィン微多孔膜
は、分子量７×10⁵ 以上の成分を１重量％以上含有する
ポリオレフィンからなる。

【００１１】ポリオレフィン中に重量平均分子量７×10
⁵ 以上の成分が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不
十分となるので、強度を十分に向上させるのが困難とな
る。一方、超高分子量成分の含有率の上限は特に限定的
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及び延伸が困難となるため好
ましくない。なお、上記ポリオレフィンは分子量１×10
³ 以下の成分を実質的に含有しないのが好ましい。

【００１２】また、上記ポリオレフィンの分子量分布
（重量平均分子量／数平均分子量）は５〜300 、特に５
〜50であるのが好ましい。分子量分布が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
が低下するため好ましくない。

【００１３】上記ポリオレフィンとしては、エチレン、
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、２段重合体、
又は共重合体及びこれらのブレンド物等が挙げられる。
これらのうちではポリプロピレン、ポリエチレン（特に
高密度ポリエチレン）及びこれらの組成物等が好まし
い。

【００１４】このポリオレフィンは、上記分子量及び分
子量分布を有していれば、リアクターブレンドによるも
の（多段重合ポリオレフィン）であっても、２種以上の
ポリオレフィンによる組成物であっても、いずれでもよ
い。

【００１５】リアクターブレンドの場合、例えば分子量
が７×10⁵ 以上の超高分子量成分を１重量％以上含有
し、かつ分子量分布（重量平均分子量／数平均分子量）
が10〜300 となるように、多段重合することにより製造
することができる。多段重合法としては、二段重合によ
り、高分子量部分と低分子量部分とを製造する方法を採
用するのが好ましい。

【００１６】また２種以上のポリオレフィンによる組成
物の場合、前記オレフィンの単独重合体又は共重合体で
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。

【００１７】組成物の場合、ポリオレフィン組成物中の
超高分子量ポリオレフィンの含有量は、ポリオレフィン
組成物全体を100 重量％として、１重量％以上であるの
が好ましい。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ところが不十分
である。一方、上限は特に限定的ではない。

【００１８】また、ポリオレフィン組成物中の超高分子
量ポリオレフィン以外のポリオレフィン (重量平均分子
量が７×10⁵ 未満のポリオレフィン) の分子量の下限と
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。したがって重量平均分子量が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。

【００１９】なお、上述したような超高分子量成分を含
有するポリオレフィンには、必要に応じて、酸化防止
剤、紫外線吸収剤、アンチブロッキング剤、顔料、染
料、無機充填材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。

【００２０】〔２〕製造方法 次に、上述したような超高分子量成分含有ポリオレフィ
ンを用いた本発明のポリオレフィン微多孔膜の製造方法
について説明する。

【００２１】まず、押出機に上述したポリオレフィンを
供給し、溶融する。溶融温度は、使用するポリオレフィ
ンの種類によって異なるが、ポリオレフィンの融点＋30
〜100 ℃が好ましい。例えば、ポリエチレンの場合は16
0 〜230 ℃、特に170 〜200℃であるのが好ましく、ポ
リプロピレンの場合は190 〜270 ℃、特に190 〜250℃
であるのが好ましい。

【００２２】次に、この溶融状態のポリオレフィンに対
して、この溶融状態で液状の溶媒（ただし、上述したポ
リオレフィンに対する良溶媒）を押出機の途中から供給
する。上記溶媒としては、例えばノナン、デカン、デカ
リン、ｐ−キシレン、ウンデカン、ドデカン、流動パラ
フィン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を用いることができ
る。。

【００２３】上述したような溶媒としては、25℃におけ
る粘度が30〜500 Ｃｓｔ、特に50〜200 Ｃｓｔであるの
が好ましい。25℃における粘度が30Ｃｓｔ未満では、不
均一吐出を生じ、混練が困難であり、一方500 Ｃｓｔを
超えると、後工程での脱溶媒が容易でなくなる。

【００２４】ポリオレフィンと溶媒との配合割合は、ポ
リオレフィンと溶媒との合計を100重量％として、ポリ
オレフィンが10〜80重量％、好ましくは15〜70重量％で
あり、溶媒が90〜20重量％、好ましくは85〜30重量％で
ある。ポリオレフィンが10重量％未満では（溶媒が90重
量％を超えると）、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、ポリオレフィンが80重量％を超えると
（溶媒が20重量％未満では）、均一な溶液の調製が困難
となる。

【００２５】なお、上記溶媒は、途中にサイドフィダー
等を有する押出機を用いて、押出機の途中から溶融状態
のポリオレフィンに供給する必要がある。超高分子量ポ
リオレフィンを含むポリオレフィンと溶媒とを同時に供
給すると、粘度差が大き過ぎるために混合ができず、ポ
リオレフィンと押出機のスクリューとが共回りを起こし
溶液を調製できない。

【００２６】このようにして溶融状態のポリオレフィン
に溶媒を添加し、押出機中で混練することにより、均一
な濃度のポリオレフィンの高濃度溶液を短時間で調製す
ることができる。

【００２７】次に、このようにして溶融混練したポリオ
レフィンの加熱溶液を直接に、あるいはさらに別の押出
機を介して、または一旦冷却してペレット化した後、再
度押出機を介して、ダイス等から押し出して成形する。
ダイスとしては、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。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14
0 〜250 ℃に加熱される。この際押し出し速度は、通常
20〜30cm／分乃至５〜10ｍ／分である。

【００２８】このようにしてダイス等から押し出された
溶液は、冷却す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行う。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。

【００２９】次にこのゲル状組成物を延伸する。延伸
は、ゲル状組成物を加熱し、通常のテンター法、ロール
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。

【００３０】延伸温度は、ポリオレフィンの融点＋10℃
以下程度、好ましくは結晶分散温度から融点未満の範囲
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
よる効果的な分子鎖の配向ができないため好ましくな
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。

【００３１】また、延伸倍率は原反の厚さによって異な
るが、１軸方向で少なくとも２倍以上、好ましくは３〜
30倍、面倍率で10倍以上、好ましくは15〜400 倍であ
る。面倍率が10倍未満では延伸が不十分で空孔率が高
く、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。

【００３２】得られた延伸形成物は、溶剤で洗浄し残留
する溶媒を除去する。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、溶剤をシャワーする
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。

【００３３】上述のような洗浄は、延伸成形物中の残留
溶媒が１重量％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。

【００３４】以上のようにして製造したポリオレフィン
微多孔膜は、空孔率が35〜95％で、平均貫通孔径が0.00
1 〜0.5 μｍで、かつ引張破断強度が500 g/cm² 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 〜50μｍで
あり、好ましくは２〜40μｍにすることができる。

【００３５】なお、得られたポリオレフィン微多孔膜
は、必要に応じてさらに、プラズマ照射、界面活性剤含
浸、表面グラフト等の親水化処理などの表面修飾を施す
ことができる。

【００３６】

【作用】本発明においては、超高分子量成分を含有する
ポリオレフィンを押出機中で溶融し、そこに溶媒を供給
することによりポリオレフィンの溶液を調製し、これを
ダイスよりシート状に押し出し冷却することによりゲル
状組成物を形成し、このゲル状組成物を加熱延伸し、し
かる後残存する溶媒を除去することによりポリオレフィ
ン微多孔膜を製造している。このような方法により、ポ
リオレフィン微多孔膜を従来よりも大幅に効率よく製造
することが可能である。

【００３７】このような効果が得られる理由について
は、必ずしも明らかではないが、超高分子量成分を含有
するポリオレフィン溶液は、その調製に時間がかかる、
溶液の濃度の均一化が困難である、溶液が劣化しやすい
等の問題があるが、押出機中で溶融した状態の超高分子
量成分を含有するポリオレフィンに、溶媒を供給し、さ
らに混練して溶液を調製することにより、短時間で高濃
度のポリエチレンの均一な溶液を調製することができる
ためであると考えられる。

【００３８】

【実施例】以下に本発明の実施例を示す。なお、実施例
における試験方法はつぎの通りである。 (1) 分子量及び分子量分布：ウォーターズ（株）製のGP
C 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1.0 ml
/ 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。 (2) フィルムの厚さ：断面を走査型電子顕微鏡により測
定した（単位はμｍ）。 (3) 平均孔径：窒素吸脱着方式の孔径測定機（日科機
（株）製）により測定した（単位はμｍ）。 (4) 引張破断強度：ASTM D882 に準拠して測定した（単
位はkg／cm² ）。 (5) 透気度：JIS P8117 に準拠して測定した (単位は秒
/100cc) 。

【００３９】実施例１〜５ 重量平均分子量（Ｍｗ）が2.5 ×10⁶ の超高分子量ポリ
エチレン（UHMWPE) 17.6重量部と、重量平均分子量（Ｍ
ｗ）3.3 ×10⁵ のポリエチレン(PE)82.4重量部とを混合
したＭｗ／Ｍｎ＝14.2の原料樹脂と、酸化防止剤として
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 重量部とをドライブレンドし、これを２軸押出機
（58mmφ、Ｌ／Ｄ＝42、強混練タイプ）に投入した。ま
たこの２軸押出機のサイドフィーダーから流動パラフィ
ン（64Ｃｓｔ／40℃）を樹脂成分の濃度が第１表に示す
割合（樹脂成分＋流動パラフィン＝100 重量％）となる
ように供給し、200 ｒｐｍで溶融混練して、押出機中に
てポリエチレン溶液を調製した。

【００４０】続いて、この押出機の先端に設置されたＴ
ダイから190 ℃で押し出し、冷却ロールで引取りながら
ゲル状シートを成形した。続いてこのゲル状シートを、
第１表に示す条件で延伸製膜した。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、乾燥してポリエチレン微多孔膜を得た。

【００４１】このポリエチレン微多孔膜の組成及び製造
条件を第１表に示す。またこのポリエチレン微多孔膜の
膜厚、引張破断強度、平均孔径、及び透気度の測定を行
った。結果を第１表にあわせて示す。

【００４２】比較例１ 実施例１において、樹脂成分（超高分子量ポリエチレン
＋ポリエチレン）の濃度が85重量％となるように流動パ
ラフィンを添加した以外は同様にしてポリエチレン微多
孔膜を製造したところ、押出機中でポリオレフィンの均
一な溶液とするのが困難であり、シートの成形ができな
かった。

【００４３】比較例２ 実施例１において、樹脂成分（超高分子量ポリエチレン
＋ポリエチレン）の濃度が５重量％となるように流動パ
ラフィンを添加した以外は同様にしてポリエチレン微多
孔膜を製造したところ、押出機での吐出が不均一である
とともにダイス出口で、スウェルが大きくシートの成形
ができなかった。

【００４４】比較例３ 重量平均分子量（Ｍｗ）が2.5 ×10⁶ の超高分子量ポリ
エチレン（UHMWPE) 17.6重量部と、重量平均分子量（Ｍ
ｗ）3.3 ×10⁵ のポリエチレン(PE)82.4重量部とを混合
したＭｗ／Ｍｎ＝14.2の原料樹脂と、酸化防止剤として
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 重量部とに、流動パラフィン（64Ｃｓｔ／40℃）
を樹脂成分の濃度が15重量％（樹脂成分＋流動パラフィ
ン＝100 重量％）となるように配合してベッセル型の溶
解槽に投入し、高撹拌条件下で100 ℃から10℃／Ｈｒで
180 ℃まで昇温しながら均一なポリエチレン溶液の調製
を試みたところ、１０時間を要した。

【００４５】続いて、この溶液を押出機に供給し、押出
機の先端に設置されたＴダイから190 ℃で押し出し、冷
却ロールで引取りながらゲル状シートを成形した。続い
てこのゲル状シートを、温度115 ℃、延伸速度3.5 ｍ／
分で５×５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、乾燥して厚さ約25μｍのポリエチレン微
多孔膜を得た。

【００４６】このポリエチレン微多孔膜の組成及び製造
条件を第１表に示す。またこのポリエチレン微多孔膜の
膜厚、引張破断強度、平均孔径、及び透気度の測定を行
った。結果を第１表にあわせて示す。

【００４７】比較例４ 比較例３において樹脂成分の濃度を30重量％（樹脂成分
＋流動パラフィン＝100 重量％）となるようしてベッセ
ル型の溶解槽に投入し、高撹拌条件下で100 ℃から10℃
／Ｈｒで180 ℃まで昇温しながらポリエチレン溶液の調
製を試みたところ、１０時間を要した。しかしながら、
上記溶液においてはポリエチレンの濃度が高すぎるた
め、溶液の粘度が高すぎて、しかも均一なポリエチレン
濃度の溶液とすることができなかった。

【００４８】

【００４９】

【００５０】第１表から明らかなように、実施例１乃至
５の方法によるポリエチレン微多孔膜は、微多孔を有
し、強度及び透気度が良好であった。なお、比較例３の
方法によっても、本発明の方法と同様の微多孔膜を得る
ことができるが、この方法では均一なポリエチレン溶液
を調製するのに１０時間と長時間を要するものであっ
た。

【００５１】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
超高分子量成分を含有するポリオレフィンを押出機中で
溶融し、そこに溶媒を供給することによりポリオレフィ
ンの溶液を調製し、この溶液をダイスよりシート状に押
し出し冷却することによりゲル状組成物を形成し、この
ゲル状組成物を加熱延伸し、しかる後残存するパラフィ
ンオイルを除去することによりポリオレフィン微多孔膜
を製造しているので、ポリオレフィン微多孔膜を効率よ
く製造することが可能である。

【００５２】このような本発明の方法によるポリオレフ
ィン微多孔膜は、リチウム電池などの電池用セパレータ
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 (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 (a) 分子量７×10⁵ 以上の成分を１重量
   ％以上含有するポリオレフィンを押出機中で溶融し、
   (b) 前記溶融状態のポリオレフィン10〜80重量％に対し
   て、前記溶融状態で液状の溶媒（前記ポリオレフィンに
   対する良溶媒）90〜20重量％を押出機の途中から供給し
   て溶融混練し、(c) 得られた混練物をダイからシート状
   に押し出し、冷却してゲル状組成物を形成し、(d) 前記
   ゲル状組成物を加熱延伸し、(e) しかる後残存する溶媒
   を除去することを特徴とするポリオレフィン微多孔膜の
   製造方法。