JPH1160792A - ポリエチレン樹脂製多孔性フィルム及びその製造方法 - Google Patents

ポリエチレン樹脂製多孔性フィルム及びその製造方法

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JPH1160792A
JPH1160792A JP9217414A JP21741497A JPH1160792A JP H1160792 A JPH1160792 A JP H1160792A JP 9217414 A JP9217414 A JP 9217414A JP 21741497 A JP21741497 A JP 21741497A JP H1160792 A JPH1160792 A JP H1160792A
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達也 望月
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康 宇佐見
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 電池セパレーターとして適当な面強度、透気
度を保持しつつ、粗面化されたポリエチレン樹脂製多孔
性フィルムを提供する。 【解決手段】 粘度平均分子量30万以上300万未満
の高分子量ポリエチレン樹脂で構成される多孔性フィル
ムであって、厚さ5〜50μm、透気度10〜1000
秒/100cc、ピン刺強度200gf/25μm以
上、表面粗度が最大高さ(Rmax)値として3μm以上
の特性を有することを特徴とするポリエチレン樹脂製多
孔性フィルム及びその製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、電池用セパレータ
ー、精密濾過膜などの分離膜、透気性ジャンバーなどの
衣料品、オムツ、生理用品などの衛生用品等として有用
な多孔性フィルムに関するものである。詳しくは、適度
な表面粗度を有する多孔性フィルムに関する。
【0002】
【従来の技術】従来、多孔性フィルム(シートを含む)
は、各種用途に広く使用され、かかる多孔性フィルムの
製造方法についても種々の提案がなされている。例え
ば、電池用セパレーター(バッテリー・セパレーター)
として使用するための多孔性フィルムの製造方法として
は、ポリエチレンと可塑剤からなる樹脂組成物からフィ
ルムを溶融成形し、次いで、該フィルムに含まれる可塑
剤を有機溶媒で溶解除去する方法(特公昭60−231
30号公報)、ポリエチレンを有機溶媒に溶解させた液
からシートを成形し、該シート中の溶媒含有量を調整し
てから、延伸し、次いで、残留溶媒を除去する方法(特
公平5−54495号公報)、あるいは、ポリエチレ
ン、有機液体及び無機微粉体からなる樹脂組成物からフ
ィルムを成形し、該フィルムに含まれる有機液体と無機
微粉体を抽出除去する方法(特公昭60−23130号
公報)などが知られている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】かかる多孔性フィルム
の大きな用途として、非水電解液電池用セパレーターが
ある。そして、近年、該電池の高度化を目的として、多
孔性フィルムの表面をある程度粗面化させたいという要
望がある。多孔性フィルムの表面を粗面化することによ
り、該フィルムを非水電解液セパレータとして用いたと
きに、電解液の保液量が増大し、電池の高容量化に好適
であると共に、フィルムのすべり性が向上して電池の捲
回加工時のハンドリング性が好適となる。
【0004】ここで言う粗面化の一般的指標として、J
IS−B−0601記載の方法により測定された多孔性
フィルム表面の最大高さ(Rmax)値があるが、従来か
らの電池セパレータ用多孔性フィルムの場合、Rmax
が通常1〜2μm程度の範囲にある。また、表面に微細
粒子や短繊維を付着させる等の公知のフィルム粗面化技
術を多孔性フィルムに適用しようとすると、面強度、シ
ャットダウン特性等の、電池用セパレータとして必須の
物性要件が損なわれるという問題がある。
【0005】
【課題を解決するための手段】そこで、本発明者らは、
電池用セパレーターとしての必須の物性要件を損なうこ
となく、フィルム表面をある程度粗面化した、電池用セ
パレーターとして好適な多孔性フィルムの製造について
鋭意検討を行った結果、本発明を完成するに至った。
【0006】即ち、本発明は、粘度平均分子量30万以
上300万未満の高分子量ポリエチレン樹脂で構成され
る多孔性フィルムであって、厚さ5〜50μm、透気度
10〜1000秒/100cc、ピン刺強度200gf
/25μm以上、表面粗度が最大高さ(Rmax)値とし
て3μm以上の特性を有することを特徴とするポリエチ
レン樹脂製多孔性フィルム及びその製造方法に関する。
【0007】
【発明の実施の形態】以下本発明を更に詳細に説明す
る。本発明の多孔性フィルムを構成するポリエチレンと
しては、粘度平均分子量30万以上300万未満のポリ
エチレン樹脂が用いられる。分子量30万未満では十分
な強度を得ることが困難であり、また、分子量300万
以上ではフィルム成形加工性が低下する傾向があるので
好ましくない。なお、かかる粘度平均分子量はASTM
D4020に準拠して測定される。
【0008】本発明の多孔性フィルムにおける原料ポリ
エチレン樹脂は単一のものに限定されず、ブレンド後の
分子量が左記の範囲内であれば複数グレードのポリエチ
レンのブレンド物も用いることができる。また、本発明
で規定する物性を損なわない範囲においては、必要に応
じて、ポリエチレンワックス(分子量が通常1000〜
5000)、ポリブテン−1(分子量が通常400万以
下)、ポリプロピレン(分子量が通常400万以下)な
どをポリエチレンに対して通常50重量%以下の範囲で
添加してもよい。
【0009】ポリエチレン樹脂と併用する可塑剤として
は、上記ポリエチレン樹脂との相溶性が良く、しかも該
ポリエチレン樹脂の融点より低い融点及び該ポリエチレ
ン樹脂の溶融温度より高い沸点を有し、かつ、ポリエチ
レン樹脂不溶性の有機溶媒に可溶な物質が好適に用いら
れ、例えば、ステアリルアルコール、セリルアルコール
などの高級脂肪族アルコール、n−デカン、n−ドデカ
ンなどのn−アルカン類、パラフィンワックス、流動パ
ラフィン、灯油等が挙げられる。また、押出成形時の原
料ハンドリングの簡便性を考慮すると、可塑剤としては
常温固体のものが好適に用いられる。
【0010】また、本発明の多孔性フィルムにおいては
原料成分の一つとして微粒子粗面化剤を用いることが望
ましい。この微粒子粗面化剤としては、ポリエチレン樹
脂及び可塑剤とともに押出成形してフィルム化できるも
のであれば特に制約されるものではないが、平均粒径が
通常1〜30μmの固形状微粒子が好適に用いられる。
微粒子の材質はそのフィルムの用途などに応じて適宜選
択されるが、例えば、本発明の多孔性フィルムを非水溶
媒電池用セパレータとして使用する場合は、非水溶媒電
解液に不溶な物質を選択するのが適当である。かかる微
粒子粗面化剤の例としては、炭酸カルシウム、炭酸マグ
ネシウム等の無機フィラー、変性ポリスチレン微粒子、
変性アクリル酸樹脂粒子等の有機フィラーが挙げられ
る。
【0011】ポリエチレン樹脂と可塑剤との使用割合
は、目的とするフィルムの多孔度によるが、ポリエチレ
ンが通常5〜60重量%、好ましくは10〜50重量%
で、可塑剤が通常95〜40重量%、好ましくは90〜
50重量%の範囲から選ばれる。また、、微粒子粗面化
剤の添加量は、最終的な多孔性フィルムの物性を損なわ
ない範囲で任意に設定すればよいが、押出機での成形性
を考慮すると、多孔性フィルムの通常1〜70重量%、
好ましくは5〜50重量%程度が適当である。
【0012】本発明においては、このような割合でポリ
エチレン、可塑剤及び微粒子粗面化剤、更に必要に応じ
て前記ポリブテン−1等を含む原料組成物に対し、公知
の各種添加剤、例えば、酸化防止剤などを、0.01〜
5重量%程度の範囲で添加してもよい。以上のような原
料成分を用いてなる本発明の多孔性フィルムの好適な製
造方法としては、以下の3つの方法が挙げられる。
【0013】(第1の方法)高分子量ポリエチレン樹
脂、可塑剤及び微粒子粗面化剤を含有する樹脂組成物を
フィルム状に溶融押出成形後、該フィルムに含まれる可
塑剤を除去する方法。 (第2の方法) (1)高分子量ポリエチレン樹脂及び可塑剤を含有する
樹脂組成物と、(2)高分子量ポリエチレン樹脂、可塑
剤及び微粒子粗面化剤を含有する樹脂組成物をフィルム
状に溶融押出成形時、あるいは溶融押出成形後に、積層
した後、該積層フィルムに含まれる可塑剤を除去する方
法。
【0014】(第3の方法) (2)高分子量ポリエチレン樹脂及び可塑剤を含有する
樹脂組成物と、(2)高分子量ポリエチレン樹脂、可塑
剤及び微粒子粗面化剤を含有する樹脂組成物を、各々フ
ィルム状に溶融押出成形後に、各々のフィルムに含まれ
る可塑剤を除去した後、積層する方法。
【0015】上記の第1の製造方法においては、上記原
料組成物を、公知の一軸又は二軸の押出機で均一に混練
して溶融押出成形する。押出機としては、押出量、押出
安定性、混練強度の点から二軸の押出機が好適に使用さ
れる。押出成形は、通常140〜240℃の温度で実施
され、Tダイ、インフレーション成形等の公知の方法
で、通常、10μm〜1mmの厚さの原反フィルムを成
形する。なお、この時のフィルム厚みは、後工程での厚
み変化および最終的に得ようとする厚みから勘案して、
任意に設定することができる。
【0016】得られたフィルム中から可塑剤を除去して
多孔化する。可塑剤の除去方法としては、例えば、フィ
ルム中の可塑剤をイソプロパノール、エタノール、ヘキ
サンなどの有機溶媒で溶解し、溶媒置換により抽出除去
する、所謂、公知の有機溶媒法が挙げられる。また、必
要に応じ、可塑剤除去の前、あるいは除去後に、その機
械的強度向上のために一軸又は二軸延伸を行うことがで
きる。延伸に際してはロール延伸機、テンター等の公知
の任意の延伸装置を用いることができる。一軸延伸に関
しては縦延伸、横延伸のいずれを選択することもでき
る。また、二軸延伸に関しては逐次二軸延伸、同時二軸
延伸のいずれも可能である。
【0017】更に、必要に応じ、上記のようにして多孔
化したフィルムに対し、熱寸法安定性を付与するため、
熱処理を行うことも可能である。熱処理は、加熱ロール
による接触加熱、オーブン中での空気中加熱、等、公知
の任意の方法で行うことができる。また、前述の延伸装
置を転用することも可能である。熱処理温度は、ポリエ
チレンの融点未満の任意の温度で行うことができるが、
好ましくは110℃以上ポリエチレンの融点未満、より
好ましくは110℃以上125℃以下とする。また、熱
処理に際しては、最終的な多孔性フィルムの物性を損な
わない範囲で、延伸処理を行っても構わない。延伸の方
法としては、前述の、縦方向、横方向の積極的な延伸は
もちろん、流れ方向、幅方向を拘束しフィルムの加熱収
縮を阻害することで延伸効果を付与する、いわゆる消極
的延伸も用いることができる。
【0018】次に、前記の第2、第3の方法において
も、第1の方法と同様に、押出成形、可塑剤の除去、更
に、必要に応じて延伸、熱処理の工程が実施されるが、
第2、第3の方法の場合は、微粒子粗面化剤を含む層
と、微粒子粗面化剤を含まない層を積層させる工程を含
む。積層においては、微粒子粗面化剤を含む層が少なく
とも一方の表面、好ましくは両方の表面となるように、
積層するのが適当である。積層にあたっては、押出成形
時の溶融樹脂状態での共押出法、あるいは、押出冷却後
に積層する方法、多孔化後に積層する方法のいずれも用
いることができる。
【0019】以上のような方法で製造される本発明の多
孔性フィルムは5〜50μm、好ましくは15〜35μ
mの厚みを有する。また、透気度はJIS P8117
に準拠して測定した値で10〜1000秒/100cc
程度である。例えば本多孔性フィルムを電池セパレータ
ーとして用いる場合、透気度の値が1000秒/100
ccを超えると抵抗が大きくなり、電池としての所望の
性能が得られない恐れがある。
【0020】また、本発明の多孔性フィルムは、日本農
林規格告示1019号に準じて測定(ピン径1mmφ,
先端部0.5R,ピン刺速度300mm/min)した
ピン刺し強度値で、200gf/25μm膜厚以上であ
る。以上の物性値は、例えば電池用セパレータ用の多孔
性フィルムとして好適な物性範囲にあるが、本発明の多
孔性フィルムは、これらを満たした上で、フィルム表面
の最大高さ(Rmax)の値が、3μm以上、好ましくは
5μm以上、より好ましくは7μm以上である。なお、
上限が特に制限はないが、通常20μm以下である。
【0021】また、多孔性フィルムを電池用セパレータ
ーとして用いる場合、幅方向の熱収縮率が低い方が一般
的に好ましいことが知られているが、本発明の多孔性フ
ィルムの幅方向熱収縮率は10%以下、好ましくは5%
以下であり、電池用セパレーターとして実用可能な熱収
縮率を示す。尚、熱収縮率の測定は、105℃に設定し
た熱風オーブン中に1時間放置後、冷却した多孔性フィ
ルムの寸法を測定し、加熱前後の寸法変化から算出す
る。
【0022】
【実施例】以下に実施例および比較例を挙げて本発明を
より具体的に説明するが、本発明はその要旨を超えない
限り以下の実施例に限定をされるものではない。 実施例1 粘度平均分子量50万のポリエチレン樹脂8重量部、粘
度平均分子量100万のポリエチレン樹脂16重量部
(前記両者の混合組成物の粘度平均分子量はおよそ80
万となる)、パラフィンワックス(平均分子量389)
76重量部、および炭酸カルシウム粒子(平均粒径18
μm)20重量部の混合物を、40mmφ二軸押出機を
用い押出温度170℃、押出量10kg/hで押出し、
インフレーション法で原反フィルムを成形した。
【0023】得られた原反フィルムをロール延伸機を用
い、40℃にて縦方向に2.5倍延伸後、テンタ延伸機
にて110℃の温度にて横方向に8倍延伸した。得られ
たフィルムを60℃のイソプロパノール中に浸漬して、
パラフィンワックスを抽出除去した。得られたフィルム
をロール延伸機を用い、115℃の温度で熱固定を行っ
た。熱固定に際しては、ロール速比を調整し、縦方向の
延伸倍率が1.2倍となるようにした。得られた25μ
mの多孔性フィルムの物性を表−1に示す。
【0024】実施例2 粘度平均分子量50万のポリエチレン樹脂8重量部、粘
度平均分子量100万のポリエチレン樹脂16重量部
(前記両者の混合組成物の粘度平均分子量はおよそ80
万となる)、およびパラフィンワックス(平均分子量3
89)76重量部の混合物、並びに、粘度平均分子量5
0万のポリエチレン樹脂8重量部、粘度平均分子量10
0万のポリエチレン樹脂16重量部、パラフィンワック
ス76重量部、および炭酸カルシウム粒子(平均粒径8
μm)10重量部の混合物を、各々40mmφ二軸押出
機を用い押出温度170℃、押出量10kg/hで押出
し、インフレーション法で2種の原反フィルムを成形し
た。
【0025】得られた2種の原反フィルムをロール延伸
機入口にて積層した後、40℃にて縦方向に2.5倍延
伸後、テンタ延伸機にて110℃の温度にて横方向に8
倍延伸した。この時、中心部に炭酸カルシウム粒子を含
まない層を配し、両外側に炭酸カルシウムを含む層を配
す2種3層構成とした。得られたフィルムを60℃のエ
タノール中に浸漬して、パラフィンワックスを抽出除去
した。
【0026】得られたフィルムをロール延伸機を用い、
115℃の温度で熱固定を行った。熱固定に際しては、
ロール速比を調整し、縦方向の延伸倍率が1.2倍とな
るようにした。得られた25μmの多孔性フィルムの物
性を表−1に示す。
【0027】実施例3 粘度平均分子量50万のポリエチレン樹脂18重量部、
粘度平均分子量100万のポリエチレン樹脂6重量部
(前記両者の混合組成物の粘度平均分子量はおよそ60
万となる)、およびパラフィンワックス(平均分子量3
89)76重量部の混合物、並びに、粘度平均分子量5
0万のポリエチレン樹脂18重量部、粘度平均分子量1
00万のポリエチレン樹脂6重量部、パラフィンワック
ス76重量部、および炭酸カルシウム粒子(平均粒径1
8μm)10重量部の混合物を、各々40mmφ二軸押
出機にて混練し、共押出により押出温度170℃、押出
量10kg/hで押出し、Tダイ法で原反フィルムを成
形した。この時、中層が炭酸カルシウムを含まない層、
両外層が炭酸カルシウムを含む層の構成の、2種3層構
成とした。
【0028】得られた原反フィルムをロール延伸機を用
い、40℃にて縦方向に2.5倍延伸後、テンタ延伸機
にて110℃の温度にて横方向に8倍延伸した。得られ
たフィルムを60℃のイソプロパノール中に浸漬して、
パラフィンワックスを抽出除去した。得られたフィルム
をロール延伸機を用い、115℃の温度で熱固定を行っ
た。熱固定に際しては、ロール速比を調整し、縦方向の
延伸倍率が1.2倍となるようにした。得られた25μ
mの多孔性フィルムの物性を表−1に示す。
【0029】実施例4 粘度平均分子量50万のポリエチレン樹脂18重量部、
粘度平均分子量100万のポリエチレン樹脂6重量部
(前記両者の混合組成物の粘度平均分子量はおよそ60
万となる)、およびパラフィンワックス(平均分子量3
89)76重量部の混合物、並びに、粘度平均分子量5
0万のポリエチレン樹脂18重量部、粘度平均分子量1
00万のポリエチレン樹脂6重量部、パラフィンワック
ス76重量部、および変性アクリル酸樹脂粒子(平均粒
径20μm)10重量部の混合物を、各々40mmφ二
軸押出機を用い押出温度170℃、押出量10kg/h
で押出し、Tダイ法で2種の原反フィルムを成形した。
【0030】得られた2種の原反フィルムを各々、二軸
延伸機を用い、110℃にて縦方向に3倍、横方向に8
倍延伸した。得られた2種のフィルムを60℃のエタノ
ール中に浸漬して、パラフィンワックスを抽出除去し
た。得られた2種のフィルムをロール延伸機入口で積層
し、115℃の温度で熱固定を行った。この時、中心部
に変性アクリル酸樹脂粒子を含まない層を配し、両外側
に変性アクリル酸樹脂を含む層を配す、2種3層構成と
した。熱固定に際しては、ロール速比を調整し、縦方向
の延伸倍率が1.2倍となるようにした。得られた25
μmの多孔性フィルムの物性を表−1に示す。
【0031】比較例1 粘度平均分子量50万のポリエチレン樹脂8重量部、粘
度平均分子量100万のポリエチレン16重量部(2つ
の混合組成物の粘度平均分子量はおよそ80万とな
る)、およびパラフィンワックス(平均分子量389)
76重量部の混合物を、40mmφ二軸押出機を用い押
出温度170℃、押出量10kg/hで押出し、インフ
レーション法で原反フィルムを成形した。
【0032】得られた原反フィルムをロール延伸機を用
い、40℃にて縦方向に2.5倍延伸後、テンタ延伸機
にて110℃の温度にて横方向に6倍延伸した。得られ
たフィルムを60℃のイソプロパノール中に浸漬して、
パラフィンワックスを抽出除去した。得られたフィルム
をロール延伸機を用い、115℃の温度で熱固定を行っ
た。熱固定に際しては、ロール速比を調整し、縦方向の
延伸倍率が1.2倍となるようにした。得られた25μ
mの多孔性フィルムの物性を表−1に示す。
【0033】
【表1】
【0034】
【発明の効果】以上詳述した通り、本発明は、電池セパ
レーターとして適当な面強度、透気度を保持しつつ、粗
面化されたポリエチレン樹脂製多孔性フィルムを提供す
る。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI C08L 23/06 C08L 23/06 H01M 2/16 H01M 2/16 P // A41D 31/00 501 A41D 31/00 501C 502 502F A61F 13/15 B29C 55/02 B29C 55/02 A61F 13/18 310 B29K 23:00 105:04 B29L 7:00 31:34 (72)発明者 宇佐見 康 岡山県倉敷市潮通三丁目10番地 三菱化学 株式会社水島事業所内 (72)発明者 渡辺 恭資 岡山県倉敷市潮通三丁目10番地 三菱化学 株式会社水島事業所内

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 粘度平均分子量30万以上300万未満
    の高分子量ポリエチレン樹脂で構成される多孔性フィル
    ムであって、厚さ5〜50μm、透気度10〜1000
    秒/100cc、ピン刺強度200gf/25μm以
    上、表面粗度が最大高さ(Rmax)値として3μm以上
    の特性を有することを特徴とするポリエチレン樹脂製多
    孔性フィルム。
  2. 【請求項2】 Rmax値が5μm以上であることを特徴
    とする請求項1のポリエチレン樹脂製多孔性フィルム。
  3. 【請求項3】 Rmax値が7μm以上であることを特徴
    とする請求項1又は2のポリエチレン樹脂製多孔性フィ
    ルム。
  4. 【請求項4】 微粒子粗面化剤を1〜70重量%含有す
    ることを特徴とする請求項1〜3のいずれかのポリエチ
    レン樹脂製多孔性フィルム。
  5. 【請求項5】 微粒子粗面化剤が非水溶媒電池用電解液
    に不溶な物質であることを特徴とする請求項4のポリエ
    チレン樹脂製多孔性フィルム。
  6. 【請求項6】 微粒子粗面化剤が平均粒径1〜30μm
    の微粒子であることを特徴とする請求項4又は5のポリ
    エチレン樹脂製多孔性フィルム。
  7. 【請求項7】 微粒子粗面化剤が無機フィラーであるこ
    とを特徴とする請求項4ないし6のいずれかのポリエチ
    レン樹脂製多孔性フィルム。
  8. 【請求項8】 微粒子粗面化剤が炭酸カルシウムである
    ことを特徴とする請求項4ないし7のいずれかのポリエ
    チレン樹脂製多孔性フィルム。
  9. 【請求項9】 微粒子粗面化剤が有機フィラーであるこ
    とを特徴とする請求項4ないし6のいずれかのポリエチ
    レン樹脂製多孔性フィルム。
  10. 【請求項10】 粘度平均分子量30万以上の高分子量
    ポリエチレン樹脂、可塑剤及び微粒子粗面化剤を含有す
    る樹脂組成物をフィルム状に溶融押出成形後、該フィル
    ムに含まれる可塑剤を除去することを特徴とする請求項
    1〜9いずれかのポリエチレン樹脂製多孔性フィルムの
    製造方法。
  11. 【請求項11】 (1)粘度平均分子量30万以上の高
    分子量ポリエチレン樹脂及び可塑剤を含有する樹脂組成
    物と、(2)粘度平均分子量30万以上の高分子量ポリ
    エチレン樹脂、可塑剤及び微粒子粗面化剤を含有する樹
    脂組成物を、フィルム状に溶融押出成形時、あるいは溶
    融押出成形後に、積層した後、該積層フィルムに含まれ
    る可塑剤を除去することを特徴とする請求項1〜9のい
    ずれかのポリエチレン樹脂製多孔性フィルムの製造方
    法。
  12. 【請求項12】 (1)粘度平均分子量30万以上の高
    分子量ポリエチレン樹脂及び可塑剤を含有する樹脂組成
    物と、(2)粘度平均分子量30万以上の高分子量ポリ
    エチレン樹脂、可塑剤及び微粒子粗面化剤を含有する樹
    脂組成物を、各々フィルム状に溶融押出成形後、各々の
    フィルムに含まれる可塑剤を除去した後、積層すること
    を特徴とする請求項1〜9いずれかに記載のポリエチレ
    ン樹脂製多孔性フィルムの製造方法。
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