JPH10114834A - ポリオレフィン微多孔膜の製造方法 - Google Patents

ポリオレフィン微多孔膜の製造方法

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JPH10114834A
JPH10114834A JP23902797A JP23902797A JPH10114834A JP H10114834 A JPH10114834 A JP H10114834A JP 23902797 A JP23902797 A JP 23902797A JP 23902797 A JP23902797 A JP 23902797A JP H10114834 A JPH10114834 A JP H10114834A
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耕太郎 滝田
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Tonen Chemical Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 電池用セパレーター等の用途に好適な、比較
的孔径が大きく、優れた透過性を有するポリオレフィン
微多孔膜を製造する方法を提供する。 【解決手段】 重量平均分子量5×105 以上の超高分子
量ポリオレフィン(A) と重量平均分子量5×105 未満の
ポリオレフィン(B) の混合物で、(B) /(A) の重量比が
0.2 〜20であるポリオレフィン組成物5〜35重量%、及
び溶媒95〜65重量%からなる溶液を調製し、前記溶液を
ダイリップより押し出し、急冷して膜厚が10〜300 μm
のゲル状成形物を形成し、しかる後残存する溶媒を除去
し、乾燥することにより、ポリオレフィン微多孔膜を製
造する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、超高分子量ポリオ
レフィンを含有するポリオレフィン組成物からなる微多
孔膜を製造する方法に関し、特に高透過性ポリオレフィ
ン微多孔膜の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】ポリオ
レフィン微多孔膜は、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】従来からポリオレフィンに有機媒体及び微
粉末シリカ等の無機粉体を混合し溶融成形後、有機媒体
及び無機粉体を抽出して微多孔膜を得る方法が知られて
いるが、この方法では無機粉体を抽出する工程が必要で
あり、得られる微多孔膜の透過性は無機粉体の粒径によ
るところが大きく、制御が難しかった。
【0004】近年、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
を脱不揮発性溶媒処理により調整し、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、同61-495132 号、同61-195
133 号、同63-39602号、同63-273651 号)。
【0005】しかしながら上記方法においては、延伸法
によって微細な孔を多数形成させるため、孔径が小さく
かつ孔径分布が狭い微多孔膜を得ることができるが、比
較的孔径が大きく、高い透過性を必要とする水処理や精
密濾過膜等に好適なポリオレフィン微多孔膜が得られな
いという問題がある。
【0006】したがって本発明の目的は、比較的孔径が
大きく、優れた透過性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、特に微多孔膜の透過性を制御
することができる製造方法を提供することである。
【0007】
【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
オレフィン組成物の溶液を調製して、この溶液を押出機
のダイリップより押し出した後、急冷してゲル状成形物
を形成し、しかる後延伸することなく残留溶媒を除去す
れば、優れた透過性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、またポリオレフィン組成物と溶媒
との配合割合を変えることによって得られる微多孔膜の
透過性を制御することができることを発見し、本発明に
想到した。
【0008】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、重量平均分子量5×105 以上の超高分
子量ポリオレフィン(A) と重量平均分子量5×105 未満
のポリオレフィン(B) の混合物で、(B) /(A) の重量比
が0.2 〜20であるポリオレフィン組成物5〜35重量%、
及び溶媒95〜65重量%からなる溶液を調製し、前記溶液
をダイリップより押し出し、急冷して膜厚が10〜300 μ
mのゲル状成形物を形成し、しかる後残存する溶媒を除
去し、乾燥することを特徴とする。
【0009】
【発明の実施の形態】以下、本発明を詳細に説明する。
【0010】[1] ポリオレフィン組成物 ポリオレフィン微多孔膜用の原料として、重量平均分子
量5×105 以上の超高分子量ポリオレフィン(A) と、重
量平均分子量5×105 未満のポリオレフィン(B) との混
合物であるポリオレフィン組成物を使用する。
【0011】超高分子量ポリオレフィン(A) の重量平均
分子量は5×105 以上であり、特に5×105 〜5×106
であるのが好ましい。超高分子量ポリオレフィンの重量
平均分子量が5×105 未満であると、得られる微多孔膜
の機械的強度が不十分である。このような超高分子量ポ
リオレフィンとしては、超高分子量ポリエチレンが好ま
しい。
【0012】ポリオレフィン(B) としては、エチレン、
プロピレン、1-ブテン、4-メチル−ペンテン-1、1-ヘキ
セン等を重合した結晶性の単独重合体又は共重合体が挙
げられ、なかでも高密度ポリエチレンが好ましい。ポリ
オレフィン(B) の重量平均分子量は5×105 未満であ
り、特に1×103 以上5×105 未満であるのが好まし
い。
【0013】超高分子量ポリオレフィン(A) とポリオレ
フィン(B) との組成物は、両者をブレンドすることによ
り得ることができるが、多段重合により製造することも
できる。多段重合法としてはリアクターブレンド法が挙
げられる。この場合、オレフィンを同じ反応器内で多段
重合(例えば二段重合)し、高分子量部分と低分子量部
分とを連続的に製造する。
【0014】重量比(B) /(A) は0.2 〜20であるのが好
ましく、特に0.5 〜10であるのが好ましい。重量比(B)
/(A) が0.2 未満であると、溶液粘度が高くなりすぎる
ためにゲル状成形物の成形性が低下し、また得られるゲ
ル状成形物の厚み方向の収縮が起きやすく、微多孔膜の
透過性が低下する。一方、(B) /(A) の重量比が20を超
えると低分子量成分が多くなりすぎ、ゲル構造が緻密化
するため、微多孔膜の透過性が低下する。
【0015】ポリオレフィン組成物の分子量分布(重量
平均分子量Mw/数平均分子量Mn)は300 以下であるのが
好ましく、5〜50であるのがより好ましい。分子量分布
が300 を超えると、低分子量成分が多くなり、ゲル構造
が緻密化するため、微多孔膜の透過性が低下する。
【0016】なおポリオレフィン組成物には、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、無機充填材等の各種添加剤を、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。
【0017】[2] 製造方法 上記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、溶液を調製する。この溶媒としては、ノナン、デ
カン、デカリン、p-キシレン、ウンデカン、ドデカン、
流動パラフィン等の脂肪族又は環式の炭化水素、あるい
は沸点がこれらに対応する鉱油留分等を用いることがで
きる。この溶媒はダイリップからの押し出しの際に揮発
しないので、「不揮発性溶媒」と言うことができる。
【0018】不揮発性溶媒の粘度としては25℃において
30〜500 cSt であるのが好ましく、50〜200 cSt がより
好ましい。25℃における粘度が30cSt 未満では、不均一
なダイリップからの吐出を生じ、また500 cSt を超える
と、脱不揮発性溶媒が困難となる。
【0019】ポリオレフィン組成物と不揮発性溶媒との
配合割合は、両者の合計を100 重量%として、ポリオレ
フィン組成物が5〜35重量%、好ましくは10〜30重量%
であり、不揮発性溶媒が95〜65重量%、好ましくは90〜
70重量%である。ポリオレフィン組成物が5重量%未満
では(不揮発性溶媒が95重量%を超えると)、ゲル状成
形物(ゲル状シート)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なり、ゲル状シートの成形
性及び自己支持性が低下する。一方、ポリオレフィン組
成物が35重量%を超えると(不揮発性溶媒が65重量%未
満では)、ゲル状シートの厚み方向の収縮が大きくなる
ため、空孔率が低く孔の径が小さい微多孔膜となる。ま
たゲル状シートの成形性も低下する。この範囲内でポリ
オレフィン組成物と不揮発性溶媒との配合割合を変える
ことにより、得られる微多孔膜の透過性を制御すること
ができる。
【0020】加熱溶解は、ポリオレフィン組成物を不揮
発性溶媒中で完全に溶解する温度で撹拌しながら行う
か、又は押出機中で均一混合して溶解する方法で行う。
不揮発性溶媒中で撹拌しながら溶解する場合は、加熱温
度はポリオレフィン組成物及び不揮発性溶媒の種類によ
り異なるが、例えば超高分子量ポリエチレン/高密度ポ
リエチレン/流動パラフィンの場合には140 〜250 ℃と
するのが好ましい。
【0021】押出機中で溶解する場合は、まず押出機に
上述したポリオレフィン組成物を供給し、溶融混練す
る。溶融温度は超高分子量ポリオレフィンの種類によっ
て異なるが、超高分子量ポリオレフィンの融点+30℃〜
+100 ℃が好ましい。例えば超高分子量ポリエチレンの
場合は160 〜230 ℃、特に170 〜200 ℃であるのが好ま
しい。溶融状態のポリオレフィン組成物に不揮発性溶媒
を押出機の途中から供給する。
【0022】このようにして溶融混練したポリオレフィ
ン組成物/不揮発性溶媒の加熱溶液を直接に又は別の押
出機を介して、あるいは一旦冷却してペレット化した後
再度押出機を介して、ダイリップから押し出す。ダイリ
ップとしては、通常長方形の口金形状をしたシート用ダ
イリップを用いるが、二重円筒状の中空状ダイリップ、
インフレーションダイリップ等も用いることができる。
シート用ダイリップの場合、ダイリップのギャップは通
常0.1 〜5mmであり、140 〜250 ℃に加熱する。加熱溶
液の押し出し速度は20cm/分〜15m/分であるのが好ま
しい。
【0023】このようにしてダイリップから押し出した
加熱溶液は、急冷によりゲル状成形物(ゲル状シート)
とする。急冷方法としては、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。
【0024】押し出された溶液の急冷は少なくとも50℃
/分の冷却速度で90℃以下となるまで、好ましくは80℃
以下となるまで行う。急冷により、膜内に残留する不揮
発性溶媒は均一かつ微細な貫通孔状に分布するようにな
る。冷却速度が50℃/分未満では、得られる微多孔膜の
孔径が小さい。徐冷すると残留不揮発性溶媒が独立泡状
に存在するようになり、またポリオレフィン組成物の結
晶化度も上昇するため、不揮発性溶媒が除去されにくく
なる。
【0025】ゲル状成形物の厚さは10〜300 μmである
のが好ましい。厚さが10μm未満では、ゲル状成形物の
強度が低く、成形が困難となる。一方、厚さが300 μm
を超えると、自己支持性が発揮されず、得られた膜の空
孔率が低下し、透過性も低くなり、さらに脱不揮発性溶
媒が困難となる。
【0026】急冷により得られたゲル状成形物を易揮発
性溶剤で洗浄することにより、残留不揮発性溶媒を除去
する。洗浄用の易揮発性溶剤としては、ペンタン、ヘキ
サン、ヘプタン等の炭化水素、塩化メチレン、四塩炭素
等の塩素化炭化水素、三フッ化エタン等のフッ素化炭化
水素、ジエチルエーテル、ジオキサン等のエーテル類等
を用いることができる。これらの易揮発性溶剤は不揮発
性溶媒に応じて適宜選択することができ、単独もしくは
混合して用いる。洗浄方法としては、ゲル状成形物を易
揮発性溶剤に浸漬して抽出する方法、易揮発性溶剤をシ
ャワーする方法、又はこれらの組合せ等を用いることが
できる。
【0027】上記洗浄は、成形物中の残留不揮発性溶媒
が1重量%未満になるまで行う。その後易揮発性溶剤を
乾燥する。乾燥した成形物は、ポリオレフィン組成物の
結晶分散温度乃至融点の温度範囲内で熱固定するのが望
ましい。
【0028】[3] ポリオレフィン微多孔膜 以上のようにして製造したポリオレフィン微多孔膜は、
透気度が10〜170 秒/100 cc、空孔率が35〜95%、平均
貫通孔径が0.1 〜0.5 μmの高透過性膜である。またポ
リオレフィン微多孔膜の厚さは用途に応じて適宜選択す
ることができるが、一般に5〜250 μmであり、特に20
〜200 μmであるのが好ましい。
【0029】ポリオレフィン微多孔膜には、必要に応じ
てプラズマ照射、界面活性剤含浸、表面グラフト等の親
水化処理等の表面修飾を施すことができる。
【0030】
【実施例】以下本発明を実施例により詳細に説明する
が、本発明はこれらに限定されるものではない。
【0031】実施例1〜5、比較例2、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)と、重量平均分子量(Mw)が3.0 ×10
5 の高密度ポリエチレン(HDPE)とを、重量比(HDPE/
UHMWPE)が4となるように混合することにより、ポリエ
チレン組成物(Mw/Mn=14.2)を調製した。このポリエ
チレン組成物100 重量部に0.375 重量部の酸化防止剤を
ドライブレンドし、二軸押出機に投入した。この二軸押
出機のサイドフィーダーから流動パラフィン(135 cSt
/25℃)を注入した。流動パラフィンの注入量は、ポリ
エチレン組成物の溶液濃度が表1に示す値(ただしポリ
エチレン組成物+流動パラフィンを100 重量%とす
る。)となるようにした。混合物を200 ℃で溶融混練し
てポリエチレン組成物溶液とした。
【0032】得られたポリエチレン組成物溶液をロング
リップTダイ(ダイリップの開口度:0.6 mm、ダイリッ
プの幅:550 mm)に供給し、3m/分の速度で押し出
し、直ちに60℃/分の冷却速度で40℃まで急冷し、表1
に示す幅及び厚さのゲル状シートを得た。なおゲル状シ
ートの引取速度は表1に示す厚さとなるように調整し
た。ゲル状シートを塩化メチレンで洗浄して残留流動パ
ラフィンを抽出除去した後乾燥し、115 ℃で熱固定を行
ってポリエチレン微多孔膜を得た。
【0033】ゲル状シートの成形性と脱不揮発性溶媒
(洗浄)性の良否、及び得られたポリエチレン微多孔膜
の物性の評価を以下の方法で行った。それぞれの結果を
表1に示す。
【0034】(1) ゲル状シートへの成形性の評価 ゲル状シートへの成形性として、シート成形時のスウェ
ル、ネックイン、メルトフラクチャー、吐出量の均一性
及びシート表面の平滑性を目視により観察し、以下の基
準で評価した。 ○・・・すべての評価が良好。 △・・・一部の評価が不良。 ×・・・すべて又は殆どの評価が不良。
【0035】(2) 脱不揮発性溶媒性の良否 ゲル状シートの脱不揮発性溶媒(洗浄)性の良否につい
ては、ゲル状シート(半透明)を100 mm×100 mmにカッ
トし、型枠に固定したまま塩化メチレンに5分間浸漬
し、自然乾燥したものを目視で観察し、以下の基準で評
価した。なお完全に不揮発性溶媒を除去できたものは膜
表面が乱反射によって白く見え、不揮発性溶媒が除去で
きなかったものは洗浄前と同様に半透明のままである。 ○・・・白く見える。 △・・・やや半透明。 ×・・・半透明。
【0036】(3) ポリエチレン微多孔膜の物性 得られたポリエチレン微多孔膜の物性を以下の方法で測
定した。 膜厚:断面を走査型電子顕微鏡により測定した。 空孔率:重量法により測定した(単位は%)。 透気度:JIS P 8117に準拠して測定した(単位は秒/
100cc )。 平均孔径:窒素吸脱着方式の孔径測定機(COULTER PO
ROMETER II、(株)日科機製)により測定した(単位は
μm)。
【0037】実施例6、7 高密度ポリエチレン(HDPE)と超高分子量ポリエチレン
(UHMWPE)との重量比(HDPE/UHMWPE)を表1に示す値
とした以外は実施例1と同様にして、ポリエチレン微多
孔膜を製造した。ゲル状シートの成形性、脱不揮発性溶
媒性の良否及びポリエチレン微多孔膜の物性を実施例1
と同様に評価した。結果を表1に示す。
【0038】実施例8 重量平均分子量(Mw)が5.0 ×106 の超高分子量ポリエ
チレン(UHMWPE)を配合した以外は実施例1と同様にし
てポリエチレン微多孔膜を製造した。ゲル状シートの成
形性、脱不揮発性溶媒性の良否及びポリエチレン微多孔
膜の物性を実施例1と同様に評価した。結果を表1に示
す。
【0039】比較例1〜3 ゲル状シートを115 ℃の温度で5×5倍に同時二軸延伸
した以外は実施例1と同様にしてポリエチレン微多孔膜
を製造した。ゲル状シートの成形性、脱不揮発性溶媒性
の良否及びポリエチレン微多孔膜の物性を実施例1と同
様に評価した。結果を表1に示す。
【0040】比較例4 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)のみを用いた以外は実施例1と同様に
して、ポリエチレン微多孔膜を製造した。ゲル状シート
の成形性、脱不揮発性溶媒性の良否及びポリエチレン微
多孔膜の物性を実施例1と同様に評価した。結果を表1
に示す。
【0041】比較例5 重量平均分子量(Mw)が3.0 ×105 の高密度ポリエチレ
ン(HDPE)のみを用いた以外は実施例1と同様にして、
ポリエチレン微多孔膜を製造した。ゲル状シートの成形
性、脱不揮発性溶媒性の良否及びポリエチレン微多孔膜
の物性を実施例1と同様に評価した。結果を表1に示
す。
【0042】比較例6 押し出したポリエチレン組成物溶液の冷却速度を30℃/
分としてゲル状シートを成形した以外は実施例1と同様
にして、ポリエチレン微多孔膜を製造した。ゲル状シー
トの成形性、脱不揮発性溶媒性の良否及びポリエチレン
微多孔膜の物性を実施例1と同様に評価した。結果を表
1に示す。
【0043】 表1 実施例 項目 ポリエチレン組成物 UHMWPE(1) (Mw) 2.5 ×106 2.5 ×106 2.5 ×106 2.5 ×106 HDPE(2) (Mw) 3.0 ×105 3.0 ×105 3.0 ×105 3.0 ×105 HDPE/UHMWPE重量比 4 4 4 4 溶液濃度(3) ポリエチレン組成物 20 20 20 10 流動パラフィン 80 80 80 90 成形条件 冷却速度(℃/分) 60 60 60 60 延伸倍率(倍) − − − − ゲル状シート 幅(μm) 440 400 450 440 厚さ(μm) 150 40 240 140 成形性(4) ○ ○ ○ ○ 脱不揮発性溶媒性(5) ○ ○ ○ ○ ポリエチレン微多孔膜の物性 膜厚(μm) 121 32 205 118 空孔率(%) 68 70 64 74 透気度(秒/100 cc) 82 20 108 50 平均孔径(μm) 0.342 0.452 0.218 0.379 注:(1) 超高分子量ポリエチレン。 (2) 高密度ポリエチレン。 (3) 単位:重量%。 (4) ポリエチレン組成物溶液からゲル状シートへの成形性の良否。 (5) ゲル状シートの脱不揮発性溶媒(洗浄)性の良否。
【0044】 表1(続き) 実施例 項目 ポリエチレン組成物 UHMWPE(1) (Mw) 2.5 ×106 2.5 ×106 2.5 ×106 5.0 ×106 HDPE(2) (Mw) 3.0 ×105 3.0 ×105 3.0 ×105 3.0 ×105 HDPE/UHMWPE重量比 4 0.5 9 4 溶液濃度(3) ポリエチレン組成物 30 20 20 20 流動パラフィン 70 80 80 80 成形条件 冷却速度(℃/分) 60 60 60 60 延伸倍率(倍) − − − − ゲル状シート 幅(μm) 440 445 430 440 厚さ(μm) 150 160 120 145 成形性(4) ○ ○ ○ ○ 脱不揮発性溶媒性(5) ○ ○ ○ ○ ポリエチレン微多孔膜の物性 膜厚(μm) 125 134 104 119 空孔率(%) 62 65 60 62 透気度(秒/100 cc) 105 99 147 152 平均孔径(μm) 0.205 0.310 0.273 0.250 注:(1) 〜(5) 同上。
【0045】 表1(続き) 比較例 項目 ポリエチレン組成物 UHMWPE(1) (Mw) 2.5 ×106 2.5 ×106 2.5 ×106 2.5 ×106 HDPE(2) (Mw) 3.0 ×105 3.0 ×105 3.0 ×105 HDPE/UHMWPE重量比 4 4 4 − 溶液濃度(3) ポリエチレン組成物 20 20 40 20 流動パラフィン 80 80 60 80 成形条件 冷却速度(℃/分) 60 60 60 60 延伸倍率(倍) 5×5 − − − ゲル状シート 幅(μm) 440(6) 465 440 445 厚さ(μm) 150(6) 350 145 165 成形性(4) ○ ○ △ △〜× 脱不揮発性溶媒性(5) ○ △ × ○ ポリエチレン微多孔膜の物性 膜厚(μm) 30 298 120 130 空孔率(%) 41 58 30 60 透気度(秒/100 cc) 736 74900 >105 155 平均孔径(μm) <0.05 <0.05 <0.05 0.189 注:(1) 〜(5) 同上。 (6) 延伸前の値。
【0046】
【0047】表1から明らかなように、実施例1〜8の
ポリエチレン微多孔膜は、比較的孔径が大きく、透過性
に優れており、かつゲル状シートの成形性及び脱不揮発
性溶媒性が良好であった。
【0048】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明により重量
平均分子量5×105 以上の超高分子量ポリオレフィン
(A) と重量平均分子量5×105 未満のポリオレフィン
(B) のポリオレフィン組成物(重量比(B) /(A) が0.2
〜20である。)の溶液を調製し、前記溶液をダイリップ
より押し出し、少なくとも50℃/分の冷却速度で90℃以
下まで急冷してゲル状成形物を形成し、しかる後残存す
る不揮発性溶媒を除去し、乾燥することにより製造され
たポリオレフィン微多孔膜は、優れた透過性を有し、か
つ透過性の制御が容易である。本発明の方法ではゲル状
成形物の成形性及び脱不揮発性溶媒性が良好であるの
で、微多孔膜の製造効率が良好である。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 重量平均分子量5×105 以上の超高分子
    量ポリオレフィン(A)と重量平均分子量5×105 未満の
    ポリオレフィン(B) の混合物で、(B) /(A) の重量比が
    0.2 〜20であるポリオレフィン組成物5〜35重量%、及
    び溶媒95〜65重量%からなる溶液を調製し、前記溶液を
    ダイリップより押し出し、急冷して膜厚が10〜300 μm
    のゲル状成形物を形成し、しかる後残存する溶媒を除去
    し、乾燥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。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載のポリオレフィン微多孔
    膜の製造方法において、前記急冷を少なくとも50℃/分
    の冷却速度で90℃以下まで行うことを特徴とするポリオ
    レフィン微多孔膜の製造方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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