WO2019158266A1 - Separator film having improved mechanical properties - Google Patents

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WO2019158266A1
WO2019158266A1 PCT/EP2019/000041 EP2019000041W WO2019158266A1 WO 2019158266 A1 WO2019158266 A1 WO 2019158266A1 EP 2019000041 W EP2019000041 W EP 2019000041W WO 2019158266 A1 WO2019158266 A1 WO 2019158266A1
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stretching
stretched
propylene
porous
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PCT/EP2019/000041
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Bertram Schmitz
Thilo Mohr
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Treofan Germany Gmbh & Co. Kg
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    • 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
    • C08J2323/10Homopolymers or copolymers of propene

Definitions

  • the present invention relates to a porous film and its use as a separator, and to a process for producing the film.
  • Modern devices require an energy source, such as batteries or rechargeable batteries, which enable a spatially independent use.
  • an energy source such as batteries or rechargeable batteries
  • more and more accumulators are used, which can be recharged with the help of chargers on the mains repeatedly.
  • nickel-cadmium (NiCd) batteries can achieve a lifetime of approximately 1000 charge cycles when used properly.
  • Batteries consist of two electrodes that dip into an electrolyte solution and a separator that separates the anode and cathode.
  • the different battery types differ by the electrode material used, the electrolyte and the separator used.
  • a battery separator has the task of spatially separating the cathode and anode in batteries, or negative and positive electrodes in accumulators.
  • the separator must be a barrier which electrically insulates the two electrodes from each other to avoid internal short circuits. At the same time, however, the separator must be permeable to ions so that the electrochemical reactions in the cell can proceed.
  • electrochemical double-layer capacitors are becoming increasingly important as a complementary source of energy, closing the gap between conventional batteries or rechargeable batteries and capacitors. By quickly absorbing and providing a high level of electrical power, they can either power an existing power source or supplement an existing generator or bypass a momentary power failure until an emergency power can be started with a time delay.
  • the design and manufacture of the DSK are comparable to those of lithium-ion batteries.
  • An electrochemical double-layer capacitor consists essentially of two electrodes immersed in an electrolyte solution and separated by the separator. This separator must be porous and absorb the electrolyte.
  • porous materials are selected, for example made of paper.
  • separators made of other materials such as plastic films, felts or fabrics made of plastic or glass fibers.
  • a plurality of electrode layers and separator layers are stacked alternately one over the other, for example as a planar stack or in the form of a coil.
  • the size of the gap between the two electrodes is determined by the thickness of the separator and possibly by any existing seals. So that the electrolyte / separator combination contributes as little as possible to the internal resistance, the separator should be thin and very porous, since the thickness is linear and the porosity approximately quadratic contribute to the electrical resistance.
  • the mechanical stresses during the winding or stacking process on the separator high mechanical demands in particular on the mechanical strength in the longitudinal direction, so that even in cell production, the separator thickness is limited down. Later in the cell thermal stability and in the given electrolyte sufficient chemical stability are required.
  • the thickness of the separator must be reduced or its porosity increased.
  • the increase in porosity leads to the reduction of mechanical stability.
  • At high porosity and at the same time small thickness of the separator then no longer has sufficient strength and there are problems in the processing of the separators, in the production of energy storage and ultimately in their use. Ultimately comes it reduces the lifetime and security problems of the cells.
  • rough, granular or particulate contaminated electrode surfaces easily pierce the separator, which is why a high puncture resistance is required.
  • separators made of biaxially oriented porous films have the advantage that they have a higher strength in the transverse direction than monoaxially oriented films, but the achieved strength in the longitudinal direction and the puncture strengths are no longer sufficient.
  • US Pat. No. 7,235,203 describes that a high orientation of the ⁇ -crystallites after the longitudinal stretching advantageously contributes to the formation of a high porosity. As a result, however, these porous films are not sufficiently stable in the transverse direction. For these reasons, biaxially oriented porous polypropylene films are produced today with a minimum thickness of 20 microns.
  • porous polyolefin films can be produced: filler method; Cold drawing, extraction process and ß-crystallite process. These methods are distinguished by the different mechanisms by which the pores are created.
  • filler porous films can be produced by the addition of very high amounts of filler porous films.
  • the pores are formed during stretching due to the incompatibility of the fillers with the polymer matrix.
  • the large amounts of filler of up to 40% by weight required to achieve high porosity compromise mechanical strength despite high draw considerably so that these products are not used as separators.
  • the pores are in principle produced by dissolving out a component from the polymer matrix by means of suitable solvents.
  • suitable solvents a variety of variants have developed, which differ in the nature of the additives and the appropriate solvents.
  • Both organic and inorganic additives can be extracted. This extraction can be done as the last step in the production of the film or combined with a subsequent drawing.
  • the process mainly produces polyethylene separators with good mechanical properties but low thermal resistance.
  • An older but successful process is based on stretching the polymer matrix at temperatures well below the melting point of the polymer (cold drawing).
  • the film is first extruded and then annealed to increase the crystalline content for a few hours.
  • the cold stretching is carried out in the longitudinal direction at very low temperatures in order to produce a plurality of defects in the form of the smallest microcracks.
  • This pre-stretched film with voids is then stretched in the same direction again at elevated temperatures with higher factors, enlarging the voids to pores forming a network-like structure.
  • These films combine high porosity and good mechanical strength in the direction of their drawing, generally the longitudinal direction. However, the mechanical strength in the transverse direction remains poor, whereby the puncture resistance is poor and results in a high splice tendency in the longitudinal direction. Overall, the process is costly.
  • Another known process for producing porous films is based on the admixture of ⁇ -nucleating agents to polypropylene.
  • the ß-nucleating agent forms the polypropylene during cooling of the melt so-called ß-crystallites in high concentrations.
  • the ⁇ phase is converted into the alpha modification of the polypropylene. Since these different crystal modifications differ in their density, many microscopic defects are also created here, which are torn to pores by stretching.
  • This process does not require any extraction step and is therefore also referred to in the art as a dry process (“dry process”) and thus delimited from the wet process with extraction (“wet process”).
  • the films produced by this process have good porosities and good mechanical strength in the longitudinal and transverse directions and a very good economy. These films are also referred to below as porous films.
  • this method can not produce high-strength films that can compete with the mechanical properties of the wet-process polyethylene separators.
  • the orientation can be increased in the longitudinal direction.
  • the orientation or stretching in the longitudinal direction to increase strength are therefore limited. Due to the inadequate mechanical strengths, when used as a separator, these ⁇ -porous films have a thickness of at least 20 ⁇ m in practice.
  • US Pat. No. 7,235,203 describes ⁇ -porous films with high porosities and Gurley values of less than 500 s / 100 ml, whose porosity is improved by a high orientation in the longitudinal direction.
  • the orientation in the longitudinal direction is increased by allowing a very high jump of 25 to 50% or more in the longitudinal direction.
  • a second method is described according to which needle-shaped crystals are used as ⁇ -nucleating agents. As a result of these needle-shaped crystals, the ⁇ -crystallites with a preferred orientation in the longitudinal direction are already formed on cooling of the melt to the prefilm. These longitudinally oriented crystals contribute to an increased orientation, so that after the longitudinal stretching a particularly high orientation in the longitudinal direction is present.
  • WO2011 134626A1 describes a process for producing a ⁇ -porous polypropylene film in which propylene polymer and ⁇ -nucleating agent is melted in an extruder, extruded through a flat die onto a take-off roll on which the melt film cools and solidifies to form ⁇ -crystallites. This film is then stretched longitudinally and then transversely, drawing in the transverse direction at a slow stretching speed of less than 40% / sec. By slow stretching in the transverse direction higher porosity can be achieved.
  • the type, size and distribution of the pores and the mechanical strengths of the films depend essentially on the basic process and differ considerably. In principle, however, the generation of a defect is always necessary in a first process step, which can then form a porous network structure of interconnected pores in a next stretching step.
  • vacuoles in the particle process relies on the generation of microcracks at the interface between the polymer and the particulate additive during longitudinal stretching. During the subsequent transverse stretching, these fine longitudinal cracks tear open to air-filled closed cavities or to a network of pores. It has been tried several times to produce these types of film by means of a simultaneous biaxial stretching. However, it was found that no comparable results could be achieved.
  • the porosity of the high filler content films was orders of magnitude lower than sequential stretching.
  • the object of the present invention was to provide a thin ß-porous film which has a high permeability and is improved in mechanical strength and thus can be used in reduced thicknesses as a separator in a variety of cell applications.
  • a biaxially oriented, single-layer or multi-layered film having at least one porous layer, this porous layer containing at least one propylene polymer and ⁇ -nucleating agent and the porosity of this porous layer by conversion of ⁇ -crystalline Polypropylene is produced in the stretching of the film, wherein the unstretched prefilm stretched in the longitudinal direction and then the longitudinally stretched film is stretched simultaneously in the longitudinal direction and in the transverse direction.
  • the problem underlying the invention is thus also achieved by a process for producing a biaxially oriented, single-layer or multilayer porous polypropylene film in which propylene polymer and ß-nucleating agent is melted in an extruder and extruded through a flat die onto a take-off roll on which the melt film under Formation of ⁇ -crystallites is cooled and solidified and the unstretched prefilm is stretched in the longitudinal direction and the longitudinally stretched film is then stretched simultaneously in the longitudinal direction and in the transverse direction.
  • the film according to the invention comprises at least one porous layer which is composed of propylene polymers, preferably propylene homopolymers and / or propylene block copolymers, and contains ⁇ -nucleating agents.
  • ⁇ -nucleating agents e.g., polyethylene glycol dimethacrylate copolymer
  • other polyolefins may additionally be included in minor amounts, provided they do not adversely affect porosity and other essential properties.
  • the porous layer additionally contains customary additives, for example stabilizers and / or neutralizing agents, in respective effective amounts.
  • Suitable propylene homopolymers contain from 98 to 100% by weight, preferably from 99 to 100% by weight of propylene units and have a melting point (DSC) of 150 ° C or higher, preferably 155 to 170 ° C, and generally a melt flow index of 0.5 to 10 g / 10 min, preferably 2 to 8 g / 10 min, at 230 ° C and a force of 2.16 kg (DIN 53735).
  • DSC melting point
  • isotactic propylene homopolymers having a high chain isotacticity of at least 96%, preferably 97-99% ( 13 C NMR, triad method) are used. These raw materials are called HIPP Polymers (high isotactic polypropylenes) or HCPP (high crystalline polypropylenes) are known in the art and are characterized by high stereoregularity of the polymer chains, higher crystallinity and higher melting point (compared to propylene polymers having a 13 C NMR isotacticity of 90 to ⁇ 96%, which can also be used).
  • Propylene block copolymers generally have a melting point above 140 to 170 ° C, preferably from 145 to 165 ° C, especially 150 to 160 ° C and generally a melt range of above 120 ° C, preferably in a range of 125-140th ° C begins.
  • the comonomer, preferably ethylene content is for example between 1 and 20 wt .-%, preferably 1 and 10 wt .-%.
  • the melt flow index of the propylene block copolymers is generally in a range of 1 to 20 g / 10 min, preferably 1 to 10 g / 10 min.
  • the porous layer may additionally contain other polyolefins, provided that they do not adversely affect the properties, in particular the porosity and the mechanical strengths.
  • Other polyolefins include, for example, random copolymers of ethylene and propylene having an ethylene content of 20% by weight or less, random copolymers of propylene with C 4 -C 8 olefins having an olefin content of 20% by weight or less, terpolymers of propylene, Ethylene and butylene having an ethylene content of 10% by weight or less and having a butylene content of 15% by weight or less, or polyethylenes such as LDPE, VLDPE, and LLDPE.
  • the porous layer is composed only of propylene homopolymer and / or Propylenblockcopolmyer and ß-nucleating agent, and optionally stabilizer and neutralizing agent.
  • ⁇ -nucleating agents for the porous layer.
  • Such ⁇ -nucleating agents as also their mode of action in a polypropylene matrix, are per se known in the art and will be described in detail below.
  • ⁇ -crystalline PP whose melting point is in the range from 155 to 170 ° C., preferably 158 to 162 ° C., is usually formed predominantly.
  • a small proportion of ⁇ -crystalline phase can be produced during cooling of the melt, which has a significantly lower melting point than the monoclinic a modification at 145-152 ° C., preferably 148-150 ° C.
  • additives are known which lead to an increased proportion of the ⁇ -modification during cooling of the polypropylene, for example ⁇ -quinacridones, dihydroquinacridines or calcium salts of phthalic acid.
  • highly active ⁇ -nucleating agents are preferably used which, on cooling a propylene homopolymer polymer melt, produce a ⁇ content of 40-95%, preferably of 50-85% (DSC).
  • the ⁇ content is determined from the DSC of the cooled propylene homopolymer melt.
  • preference is given to a two-component ⁇ -nucleation system composed of calcium carbonate and organic dicarboxylic acids, which is described in DE 3610644, to which reference is hereby expressly made.
  • Particularly advantageous are calcium salts of dicarboxylic acids, such as calcium pimelate or calcium suberate as described in DE 4420989, to which also expressly incorporated by reference.
  • the dicarboxamides described in EP-0557721, in particular N, N-dicyclohexyl-2,6-naphthalenedicarboxamides, are also suitable ⁇ -nucleating agents.
  • the cooling of the Melting film is preferably carried out at a temperature of 60 to 140 ° C, in particular 80 to 135 ° C, for example 95 to 130 or 1 10-125 ° C. Slow cooling also promotes the growth of ⁇ -crystallites, therefore, the withdrawal speed, ie the rate at which the melt film passes over the first chill roll, should be slow so that the residence times at the selected temperatures are sufficiently long.
  • the take-off speed is preferably less than 25 m / min, in particular 1 to 20 m / min.
  • the residence time of the melt film is generally 20 to 300 seconds; preferably 30 to 200s.
  • the porous layer generally contains 45 to ⁇ 100% by weight, preferably 50 to 95% by weight, of propylene homopolymer and / or propylene block copolymer and 0.001 to 5% by weight, preferably 50 to 10,000 ppm of at least one ⁇ -nucleating agent on the weight of the porous layer.
  • the proportion of propylene homopolymer or of the block copolymer is reduced accordingly.
  • the amount of the additional polymers in the layer will be 0 to ⁇ 10% by weight, preferably 0 to 5% by weight, in particular 0.5 to 2% by weight, if these are additionally present.
  • propylene homopolymer or propylene block copolymer portion is reduced when higher levels of up to 5 weight percent nucleating agent are employed.
  • the porous layer conventional stabilizers and neutralizing agents, and optionally further additives, in the usual small amounts of less than 2 wt .-%.
  • the porous layer is composed of a mixture of propylene homopolymer and propylene block copolymer.
  • the porous layer in these embodiments generally contains from 50 to 85% by weight, preferably from 60 to 75% by weight, of propylene homopolymers and from 15 to 50% by weight of propylene block copolymers, preferably from 25 to 40% by weight, and from 0.001 to 5 % By weight, preferably 50 to 10,000 ppm of at least one ⁇ -nucleating agent, based on the weight of the layer, and optionally the additives already mentioned, such as stabilizers and neutralizing agents.
  • polyolefins may be present in an amount of 0 to ⁇ 10 wt .-%, preferably 0 to 5 wt .-%, in particular 0.5 to 2 wt .-%, and the proportion of the propylene homopolymer or the Block copolymer is then reduced accordingly.
  • porous film according to the invention contain from 50 to 10,000 ppm, preferably from 50 to 5000 ppm, in particular from 50 to 2000 ppm of calcium pimelate or calcium suberate as ⁇ -nucleating agent in the porous layer.
  • the porous film may be one or more layers.
  • the thickness of the film is generally in a range of 3 to 100 ⁇ m, preferably 3 to 60 ⁇ m, in particular 3 to 50 ⁇ m.
  • film thicknesses of less than 10 .mu.m can be realized with the process according to the invention.
  • these porous thin films have a thickness of 3 to ⁇ 10 .mu.m, preferably a thickness of 3.5 to 8 .mu.m, in particular a thickness of 4 to 7 .mu.m.
  • the film comprises further porous layers which are constructed as described above, wherein the composition of the different porous layer need not necessarily be identical.
  • the thickness of the individual layers is generally 1 to 50 ⁇ m.
  • the density of the ⁇ -porous film is generally in a range of 0.1 to 0.6 g / cm 3 , preferably 0.2 to 0.5 g / cm 3 .
  • the film generally has a Gurley value of 10 to 500 s, preferably a Gurley value of 10 to 200 s.
  • the bubble point of the film is generally not more than 350 nm, preferably in the range from 20 to 300 nm, and the mean pore diameter is generally in the range from 40 to 100 nm, preferably in the range from 50 to 80 nm.
  • the present invention further relates to a process for producing the biaxially oriented ⁇ -porous film.
  • the porous film is produced by the known flat film extrusion or coextrusion process.
  • the procedure is such that propylene homopolymer and / or propylene block copolymer and ß-nucleating agent and optionally further polymers of the respective layer is mixed, melted in an extruder and, optionally together and simultaneously, extruded through a flat die on a take-off roll or coextruded / be on which solidifies the one- or multi-layer melt film to form the ß crystallites and cools.
  • the cooling temperatures and cooling times are chosen so that the highest possible proportion of ß-crystalline polypropylene in the unstretched prefilm arises.
  • this temperature of the take-off roll or the take-off rolls is 60 to 140 ° C, preferably 80 to 130 ° C.
  • the residence time at this temperature may vary and should be at least 20 to 300 seconds, preferably 30 to 100 seconds.
  • the prefilm thus obtained generally contains a proportion of ⁇ -crystallites of 40-95%, preferably 50-85%.
  • This prefilm with a high proportion of ⁇ -crystalline polypropylene is subsequently stretched such that upon stretching, the ⁇ -crystallites are converted into alpha-crystalline polypropylene and a network-like, porous structure is formed.
  • the longitudinal direction of the prefilm is stretched and then a simultaneous biaxial stretching in which the film is simultaneously stretched longitudinally (in the machine direction) and transversely (perpendicular to the machine direction) (LISIM or MESIM method).
  • the cooled prefilm is first passed over one or more heating rollers, which heat the film to the appropriate temperature. In general, this temperature is less than 140 ° C, preferably 70 to 120 ° C.
  • the longitudinal stretching is then generally carried out with the help of two according to the desired stretch ratio of different fast-running rollers.
  • the longitudinal draw ratio is in a range from 1, 5: 1 to 6: 1, preferably 2: 1 to 5: 1.
  • an orientation in the longitudinal direction of the width recess in the longitudinal sections are kept low, for example by setting a comparatively narrow stretch gap.
  • the length of the stretched gap for these embodiments is generally 3 to 100 mm, preferably 5 to 50 mm.
  • fixing elements such as spreaders contribute to a small latitude.
  • the jump should be less than 10%, preferably 0.5-8%, in particular 1-5% for these embodiments.
  • the film is first cooled again over appropriately tempered rolls or kept at the temperature.
  • the longitudinal stretching takes place in the so-called AufMapfeldern again heating to a suitable stretching temperature for the simultaneous stretching in the longitudinal and transverse directions.
  • This biaxial stretching is carried out simultaneously according to the invention.
  • a network-like porous structure is formed.
  • the desired network-like porous structure is formed, whereby at the same time the molecular chains of the polymer matrix are oriented.
  • simultaneous stretching processes include processes in which an unstretched prefilm is stretched simultaneously in the longitudinal and transverse direction by suitable devices.
  • suitable devices for carrying out the methods are known in the art, for example as LISIM or as MESIM (Mechanical Simultaneous Drawing) methods.
  • LISIM methods are described in detail in EP 1 112 167 and EP 0 785 858, to which reference is hereby expressly made.
  • An MESIM method is described in US 2006/01 15548, to which reference is also expressly made.
  • the ⁇ -porous film can also take place in a so-called diamond frame, in which a first separately prepared longitudinally stretched film is clamped, heated to the desired temperature and then by pulling the film in both directions simultaneously Longitudinal and transverse direction is stretched. (Articulated arms)
  • the simultaneous stretching takes place according to a continuous simultaneous stretching method.
  • the elongated film is transported in a stretching oven with a transport system, which works according to the LISIM ® method.
  • the film edges are detected by so-called clips, which be driven by a linear motor.
  • Individual clips for example, each Drite, are equipped with permanent magnets and also serve as a secondary part of a linear motor drive. Over almost the entire circulating transport path, the primary parts of the linear motor drive are arranged parallel to the guide rail.
  • the non-driven clips only serve to absorb film forces across the direction of travel and to reduce the sag between the stops.
  • the elongated film passes through a preheat zone in which the guide rails of the clips are substantially parallel.
  • the elongated film is heated from the inlet temperature to the stretching temperature by a suitable heating device, for example a convection heater or IR radiator.
  • a suitable heating device for example a convection heater or IR radiator.
  • the simultaneous stretching process begins by accelerating the mutually independent clip-on carriages in the direction of film travel (MD) and thus separating them, i. increase their distance from each other. In this way, the film is further stretched in length.
  • a transverse extension is superimposed on this process, specifically in that the guide rails diverge in the area of claw acceleration.
  • the biaxially stretched film is fixed in view of the desired mechanical film properties.
  • a heat setting at elevated temperature in which the film is optionally slightly relaxed in the longitudinal or transverse direction in the clamped state takes place.
  • Particularly advantageous may be the simultaneous relaxation in the longitudinal and transverse directions.
  • the speed of the clip-on wagon during or after the drawing process is reduced, which reduces their distance from each other and relaxation in the machine direction. Relaxation in the transverse direction is made possible by converging guide rails of the transport system.
  • the drawing speeds are varied during the stretching process. This process variant enables the LISIM process.
  • the clips can be accelerated more strongly when stretching the film, ie at the beginning of the simultaneous stretching process, resulting in a fast stretching speed at the beginning of the stretching process or additionally accelerated after stretching, which after a moderate stretching ansch manend to a faster stretching of the film in the frame leads.
  • the simultaneous stretching is carried out according to a principle equivalent to the LISIM method.
  • the longitudinally stretched film is here also transported in a stretching oven with a transport system of clips on guide rails.
  • a transport system of clips on guide rails At each edge of the film, there is a pair of rails on the opposite clips and clip-like elements are arranged and connected to each other via a scissors joint.
  • the scissors joint By the scissors joint, the distance between the clips can be varied. In which the scissors joint is pulled apart, the distance of the clips to each other increases. Conversely, the distance is reduced when moving the joint.
  • the two guide rails of the respective pair of rails are arranged converging, whereby the scissor joint is pulled apart and accelerate the clips in the direction of the film and increase their distances from each other.
  • the film is stretched further in length.
  • a simultaneous transverse extension takes place by the divergent arrangement of the rail pairs at each edge of the film, a simultaneous transverse extension.
  • the simultaneous stretching can take place on a laboratory stretching frame.
  • the stretched film is cut to the appropriate size and clamped in clips.
  • the clips are connected via scissor joints with rails that run in the transverse and longitudinal directions.
  • the clips hold the elongated film on its longitudinal and transverse sides.
  • the Frame is closed after clamping the film, then the film is heated in the frame via a heater fan a certain preheating and then stretched simultaneously in both directions.
  • the clips simultaneously pull apart the heated film over diverging rails. By speed and way of moving apart so different yield speeds and different stretch ratios can be realized.
  • the biaxially stretched film of the device can be removed directly or the film is still a certain time in the clamped state at a certain temperature. This can also be a relaxation.
  • the elongate film having a high content of ⁇ -crystalline polypropylene in the preheating zone or in the laboratory stretching frame is stretched to 90 to 160 ° C, preferably 110 to 150 ° C, at which the simultaneous stretching finally takes place.
  • the stretch ratios can be chosen flexibly, so that films with different Gurley values can be achieved depending on the application.
  • the longitudinal stretching factor in the subsequent simultaneous stretching can be increased to up to 10 (1000%), in particular up to 8 (80%), and thus lies well above the technically feasible longitudinal stretching factors in a sequential drawing.
  • the stretch factor in the longitudinal direction is 3 (300%) to 10 (1000%), in particular 4 (400%) to 8 (800%).
  • the stretch factor in the transverse direction is 5 (500%) to 7 (700%), especially 5 (500%) to 6 (600%).
  • exceptionally high surface stretch ratios can be realized.
  • Such area stretching ratios are not approachable in a sequential stretching. It is therefore surprising that overall a very high longitudinal stretching of ⁇ -porous films by means of the combined stretching according to the invention (first longitudinal stretching and then simultaneous stretching) is possible.
  • the sum of the longitudinal stretching factors is preferably in a range of 4 to 15, in particular in a range of 5 to 12.
  • the combined stretching thus enables surprisingly high area stretching ratios, which hitherto have not been achieved for biaxially stretched ⁇ -porous films and which preferably lie in the range from 20 to 100, in particular in the range from 30 to 80, in particular in the range from 40 to 70.
  • the simultaneous drawing is carried out with a moderate to slow stretching speed of> 0 to 40% / s, preferably in a range of 0.5 to 30% / s, in particular 1 to 15% / s.
  • the slow simultaneous stretching leads surprisingly to a higher porosity and higher permeability while maintaining good running safety of the film.
  • the stretching speed can in principle be varied over the speed of the method itself or over the length of the stretching frame. The faster (or slower) the production speed of the film (process speed) is, the higher (or the slower) is the stretch rate, each at a given stretch factor. Alternatively, the stretch may be increased by the same factor over a longer path, i. a longer stretching frame are performed to reduce the transverse stretching speed.
  • a surface of the film is corona, plasma or flame treated according to one of the known methods.
  • a heat-setting heat treatment
  • the film at the elevated temperature in the longitudinal or transverse direction controlled relax slightly in the clamped state.
  • Particularly advantageous may be the simultaneous relaxation in the longitudinal and transverse directions.
  • the clip-on wagons are decelerated, reducing their distance from each other.
  • the guide rails of the transport system are easily converged.
  • convergence means a slight collapse of the guide rails, so that the maximum width of the frame, which is given at the end of the stretching process, is greater than the width at the end of the heat-setting.
  • the degree of convergence of the stretching frame is expressed as the convergence calculated from the maximum width of the stretching frame B max and the final film width B foil according to the following formula:
  • the relaxation in the longitudinal direction or convergence in the transverse direction is within a range of 5 to 25%, in particular 8 to 20%.
  • the film is wound in the usual way with a winding device.
  • speeds of the drawing process is meant that speed, for example in m / min, with which the film runs during the final winding.
  • the process conditions in the process according to the invention for producing the porous films differ from the process conditions which are usually observed in the production of a biaxially oriented film.
  • both the cooling conditions when solidifying to the precursor film, and the temperatures and the factors involved in drawing are critical.
  • a high proportion of ß crystallites in the pre-film can be achieved.
  • the ⁇ -crystals of the polypropylene are converted into the alpha modification in such a way that, with the final simultaneous stretching, the porous network structure is formed.
  • the first stretch in the longitudinal direction initiates the conversion of ⁇ -crystallites into the alpha crystallites and generates a small number of defects in the form of microcracks.
  • these defects must initially be produced during the longitudinal stretching in sufficient numbers and in the correct form, whereby the process conditions during the longitudinal stretching can be varied only within a limited range.
  • the impurities are torn to pores, so that the characteristic network structure of these porous films is formed.
  • the novel combination process according to the invention initiates a small number of impurities during the first moderate longitudinal stretching and creates the network structure with the pores during the simultaneous stretching and allows high stretching forces to efficiently produce ⁇ -porous films with very good mechanical strengths and high porosities in small thicknesses .
  • the ⁇ -porous film according to the invention therefore has an outstanding combination of high porosity and permeability, mechanical strength, good running safety in the production process and low splice tendency in the longitudinal direction.
  • the film can be used advantageously in many applications in which very high permeabilities are required or have an advantageous effect.
  • a highly porous separator in batteries especially in lithium batteries with high performance requirements.
  • the melt flow index of the propylene polymers was measured according to DIN 53 735 at 2.16 kg load and 230 ° C.
  • the melting point in the context of the present invention is the maximum of the DSC curve.
  • a DSC curve is recorded with a heating and cooling rate of 10 K / 1 min in the range of 20 to 200 ° C.
  • the second heating curve after having been cooled at 10K / 1 min in the range of 200 to 20 ° C is evaluated. ß content of the prefilm
  • the determination of the ⁇ -content of the precursor film is likewise carried out by means of a DSC measurement which is carried out on the prefilmate film as follows:
  • the precursor film is first heated to 220 ° C. in the DSC at a heating rate of 10 K / min and melted and cooled again 1 heating curve, the degree of crystallinity K ß DSC is determined as the ratio of the enthalpies of fusion of the ⁇ -crystalline phase (H ß ) to the sum of the enthalpies of fusion of ß- and a-crystalline phase.
  • the density is determined according to DIN 53 479, method A.
  • Puncture resistance and puncture elongation is determined as described in ASTM F 1306. The measured puncture resistance divided by the film thickness then gives the relative puncture resistance in N / ⁇ m
  • Tear strengths, elongation at break and modulus of elasticity are determined using a standard tensile testing machine according to DIN EN ISO 527-1 / -3. For the measurements in the longitudinal direction, test strips in the machine direction and for the measurement in the transverse direction, test strips are cut out in the transverse direction.
  • the permeability of the films was measured with the Gurley Tester 41 10, according to ASTM D 726-58. It determines the time (in seconds) that 100 cm 3 of air will take to permeate through the 1 inch 2 (6,452 cm 2 ) film surface. The pressure difference across the film corresponds to the pressure of a water column of 12.4 cm in height. The time required then corresponds to the Gurley value.
  • the mixture additionally contained stabilizer and neutralizing agent in customary small amounts.
  • the melt was then extruded through a slot die and the hot melt film removed on a chill pick roll.
  • a take-off roll temperature of 120 ° C was selected, the take-off speed was 2 m / min.
  • the precursor had a ⁇ -crystallinity of 67%, which was determined by DSC.
  • Temperature take-off roll 120 ° C
  • the unstretched prefilm was first heated to approximately 110 ° C. by means of preheat rolls and then stretched in the longitudinal direction (MD machine direction) by a factor of 200%, then cooled to 60 ° C. by means of cooling rolls.
  • the cooled, elongated film was run at a speed of 4 m / min into the LISIM frame and heated to 140 ° C without stretching.
  • the heated longitudinally stretched film was then simultaneously stretched transversely and stretched 350% and wound at a speed of 14 m / min.
  • Example 2 The unstretched prefilm was heated to 110 ° C. as described in Example 1 and then stretched in the longitudinal direction by a factor of 250% and then cooled to 60 ° C. by means of cooling rolls before being then simultaneously drawn.
  • the cooled, longitudinally stretched film was run at a speed of 5 m / min in the LISIM frame and preheated without stretching to 140 ° C and then simultaneously 550% transversely stretched and 350% elongated and wound at a speed of 17.5 m / min
  • the unstretched prefilm was heated to 110 ° C. as described in Example 1 and then stretched in the longitudinal direction by a factor of 400% and then cooled to 60 ° C. by means of cooling rolls before being then drawn simultaneously.
  • the cooled, longitudinally stretched film was at a speed of 8 driven in the LISIM frame and preheated without stretching to 140 ° C and then simultaneously 550% transversely stretched and 350% longitudinally stretched and wound up at a speed of 24m / min.
  • the following process conditions were set:

Abstract

The invention relates to a biaxially oriented, single- or multi-layer film having at least one porous layer that consists of propylene polymer and ß-nucleating agent. The porosity is produced by transformation of ß-crystalline polypropylene during stretching of the film, the non-stretched pre-film being stretched in the longitudinal direction and the longitudinally stretched film then being stretched in the longitudinal and in the transverse direction at the same time.

Description

Separator-Folie mit verbesserten mechanischen Eigenschaften  Separator film with improved mechanical properties
Die vorliegende Erfindung betrifft eine poröse Folie und ihre Verwendung als Separator, sowie ein Verfahren zur Herstellung der Folie. The present invention relates to a porous film and its use as a separator, and to a process for producing the film.
Moderne Geräte erfordern eine Energiequelle, wie Batterien oder Akkus, die eine räumlich unabhängige Nutzung ermöglichen. Hierfür werden vermehrt Akkumulatoren (sekundäre Batterien) eingesetzt, die man mit Hilfe von Ladegeräten am Stromnetz immer wieder aufladen kann. Nickel-Cadmium-Akkus (NiCd-Akkus) können beispielsweise bei sachgerechtem Gebrauch eine Lebensdauer von ca. 1000 Ladezyklen erreichen. Modern devices require an energy source, such as batteries or rechargeable batteries, which enable a spatially independent use. For this purpose, more and more accumulators (secondary batteries) are used, which can be recharged with the help of chargers on the mains repeatedly. For example, nickel-cadmium (NiCd) batteries can achieve a lifetime of approximately 1000 charge cycles when used properly.
Batterien und Akkus bestehen aus zwei Elektroden, die in eine Elektrolytlösung eintauchen und einem Separator, der Anode und Kathode trennt. Die verschiedenen Akkutypen unterscheiden sich durch das verwendete Elektrodenmaterial, den Elektrolyten und den verwendeten Separator. Ein Batterieseparator hat die Aufgabe Kathode und Anode in Batterien, beziehungsweise negative und positive Elektrode in Akkumulatoren, räumlich zu trennen. Der Separator muss eine Barriere sein, welche die beiden Elektroden elektrisch voneinander isoliert, um interne Kurzschlüsse zu vermeiden. Gleichzeitig muss der Separator jedoch durchlässig für Ionen sein, damit die elektrochemischen Reaktionen in der Zelle ablaufen können. Batteries consist of two electrodes that dip into an electrolyte solution and a separator that separates the anode and cathode. The different battery types differ by the electrode material used, the electrolyte and the separator used. A battery separator has the task of spatially separating the cathode and anode in batteries, or negative and positive electrodes in accumulators. The separator must be a barrier which electrically insulates the two electrodes from each other to avoid internal short circuits. At the same time, however, the separator must be permeable to ions so that the electrochemical reactions in the cell can proceed.
Des Weiteren erlangen elektrochemische Doppelschichtkondensatoren (DSK) eine zunehmende Bedeutung als ergänzende Energiequelle, welche die Lücke zwischen herkömmlichen Batterien, bzw. Akkus und Kondensatoren schließen. Da sie schnell eine hohe elektrische Leistung aufnehmen und für kurze Zeit zur Verfügung stellen, können sie eine vorhandene Energiequelle unterstützen oder einen vorhanden Generator ergänzen oder einen kurzzeitigen Stromausfall überbrücken, bis ein Notaggregat zeitverzögert gestartet werden kann. Aufbau und Herstellung der DSK sind mit denen von Lithium-Ionen-Batterien vergleichbar. Ein elektrochemischer Doppelschichtkondensator besteht im Wesentlichen aus zwei Elektroden, die in eine Elektrolytlösung eintauchen und die durch den Separator getrennt sind. Dieser Separator muß porös ausgebildet sein und den Elektrolyten aufnehmen. Er muß gleichzeitig für den Elektrolyten, insbesondere für die Ionen, die sich durch Dissoziation des im Elektrolyten gelösten Leitsalzes ausbilden, durchlässig sein. Als Separatoren werden daher poröse Materialien gewählt, beispielsweise aus Papier. Möglich sind jedoch auch Separatoren aus anderen Materialien, beispielsweise Kunststofffolien, Filzen oder Geweben aus Kunststoff- oder Glasfasern. Furthermore, electrochemical double-layer capacitors (DSC) are becoming increasingly important as a complementary source of energy, closing the gap between conventional batteries or rechargeable batteries and capacitors. By quickly absorbing and providing a high level of electrical power, they can either power an existing power source or supplement an existing generator or bypass a momentary power failure until an emergency power can be started with a time delay. The design and manufacture of the DSK are comparable to those of lithium-ion batteries. An electrochemical double-layer capacitor consists essentially of two electrodes immersed in an electrolyte solution and separated by the separator. This separator must be porous and absorb the electrolyte. It must at the same time be permeable to the electrolyte, in particular to the ions which form by dissociation of the electrolyte salt dissolved in the electrolyte. As separators therefore porous materials are selected, for example made of paper. However, it is also possible separators made of other materials, such as plastic films, felts or fabrics made of plastic or glass fibers.
Üblicherweise werden zur Erhöhung der Kapazität mehrere Elektrodenlagen und Separatorschichten alternierend übereinander gestapelt, beispielsweise als planarer Stapel oder in Form eines Wickels. Die Größe des Spaltes zwischen den beiden Elektroden wird durch die Dicke des Separators und gegebenenfalls durch eventuell vorhandene Dichtungen bestimmt. Damit die Elektrolyt/Separator-Kombination möglichst wenig zum Innenwiderstand beiträgt, sollte der Separator dünn und sehr porös sein, da die Dicke linear und die Porosität näherungsweise quadratisch zum elektrischen Widerstand beitragen. Zusätzlich stellen die mechanischen Belastungen während des Wickel- oder Stapelprozesses an den Separator hohe mechanische Ansprüche insbesondere an die mechanischen Festigkeit in Längsrichtung, so dass schon in der Zellproduktion die Separatordicke nach unten limitiert ist. Gefordert werden später in der Zelle auch thermische Beständigkeit und im gegebenen Elektrolyten eine ausreichende chemische Stabilität. Usually, to increase the capacitance, a plurality of electrode layers and separator layers are stacked alternately one over the other, for example as a planar stack or in the form of a coil. The size of the gap between the two electrodes is determined by the thickness of the separator and possibly by any existing seals. So that the electrolyte / separator combination contributes as little as possible to the internal resistance, the separator should be thin and very porous, since the thickness is linear and the porosity approximately quadratic contribute to the electrical resistance. In addition, the mechanical stresses during the winding or stacking process on the separator high mechanical demands in particular on the mechanical strength in the longitudinal direction, so that even in cell production, the separator thickness is limited down. Later in the cell thermal stability and in the given electrolyte sufficient chemical stability are required.
Zur Verbesserung des Innenwiderstandes muss die Dicke des Separators reduziert oder dessen Porosität erhöht werden. Die Erhöhung der Porosität führt jedoch gleichzeitig zur Reduzierung der mechanischen Stabilität. Bei hoher Porosität und gleichzeitig geringer Dicke hat der Separator dann nicht mehr eine ausreichende Festigkeit und es treten Probleme bei der Verarbeitung der Separatoren, bei der Herstellung der Energiespeicher und letztlich bei deren Einsatz auf. Letztlich kommt es zu Verringerung der Lebensdauer und zu Sicherheitsproblemen der Zellen. Darüber hinaus können raue, körnige oder partikulär verunreinigte Elektroden oberflächen den Separator leicht durchstechen, weswegen auch eine hohe Durchstossfestigkeit gefordert ist. Separatoren bei denen die mechanische Stabilität nur in eine Richtung optimiert ist, z.B. bei monoaxial gereckten Folien, zeigen eine zu hohe Spleißneigung in Längsrichtung. Separatoren aus biaxial orientierten porösen Folien haben zwar den Vorteil, dass sie eine höhere Festigkeit in Querrichtung aufweisen als monoaxial orientierte Folien, aber die erzielte Festigkeit in Längsrichtung und die Durchstossfestigkeiten sind nicht mehr ausreichend. Die US 7,235,203 beschreibt, dass eine hohe Orientierung der ß-Kristallite nach der Längsstreckung zur Ausbildung einer hohen Porosität vorteilhaft beiträgt. Dadurch sind jedoch diese porösen Folien in Querrichtung nicht ausreichend stabil. Aus diesen Gründen werden biaxial orientierte poröse Polypropylenfolien heute mit einer Mindestdicke von 20μm hergestellt. To improve the internal resistance, the thickness of the separator must be reduced or its porosity increased. The increase in porosity, however, at the same time leads to the reduction of mechanical stability. At high porosity and at the same time small thickness of the separator then no longer has sufficient strength and there are problems in the processing of the separators, in the production of energy storage and ultimately in their use. Ultimately comes it reduces the lifetime and security problems of the cells. In addition, rough, granular or particulate contaminated electrode surfaces easily pierce the separator, which is why a high puncture resistance is required. Separators in which the mechanical stability is optimized in one direction only, for example in monoaxially stretched films, show an excessive tendency to splice in the longitudinal direction. Although separators made of biaxially oriented porous films have the advantage that they have a higher strength in the transverse direction than monoaxially oriented films, but the achieved strength in the longitudinal direction and the puncture strengths are no longer sufficient. US Pat. No. 7,235,203 describes that a high orientation of the β-crystallites after the longitudinal stretching advantageously contributes to the formation of a high porosity. As a result, however, these porous films are not sufficiently stable in the transverse direction. For these reasons, biaxially oriented porous polypropylene films are produced today with a minimum thickness of 20 microns.
Es besteht daher ein Bedürfnis die mechanische Stabilität von porösen Folien mit hoher Porosität und geringen Dicken zu verbessern und ein Verfahren zur Verfügung zu stellen mit dem dünnere biaxial orientierte poröse Folien und biaxial orientierte poröse Folien mit verbesserter Längsfestigkeit und ausreichender Querfestigkeit hergestellt werden können. Therefore, there is a need to improve the mechanical stability of porous films having high porosity and small thicknesses and to provide a process by which thinner biaxially oriented porous films and biaxially oriented porous films having improved longitudinal strength and transverse strength can be produced.
Es sind verschiedene Verfahren bekannt nach denen poröse Polyolefinfolien hergestellt werden können: Füllstoffverfahren; Kaltverstreckung, Extraktions verfahren und ß-Kristallitverfahren. Diese Verfahren unterscheiden sich durch die verschiedenen Mechanismen, durch welche die Poren erzeugt werden. Various methods are known by which porous polyolefin films can be produced: filler method; Cold drawing, extraction process and ß-crystallite process. These methods are distinguished by the different mechanisms by which the pores are created.
Beispielsweise können durch den Zusatz von sehr hohen Füllstoffmengen poröse Folien hergestellt werden. Die Poren entstehen beim Verstrecken durch die Unverträglichkeit der Füllstoffe mit der Polymermatrix. Die großen Füllstoffmengen von bis zu 40 Gew.-%, welche zur Erzielung von hohen Porositäten erforderlich sind, beeinträchtigen jedoch die mechanische Festigkeit trotz hoher Verstreckung erheblich, so dass diese Produkte nicht als Separatoren eingesetzt werden. For example, can be produced by the addition of very high amounts of filler porous films. The pores are formed during stretching due to the incompatibility of the fillers with the polymer matrix. However, the large amounts of filler of up to 40% by weight required to achieve high porosity compromise mechanical strength despite high draw considerably so that these products are not used as separators.
In den sogenannten Extraktionsverfahren werden die Poren im Prinzip durch Herauslösen einer Komponente aus der Polymermatrix durch geeignete Lösemittel erzeugt. Hier haben sich vielfältige Varianten entwickelt, die sich durch Art der Zusatzstoffe und die geeigneten Lösemittel unterscheiden. Es können sowohl organische als auch anorganische Zusatzstoffe extrahiert werden. Diese Extraktion kann als letzter Verfahrensschritt bei der Herstellung der Folie erfolgen oder mit einer anschließenden Verstreckung kombiniert werden. Mit dem Verfahren werden heute hauptsächlich Polyethylenseparatoren, mit guten mechanischen Eigenschaften, aber geringer thermischen Beständigkeit gefertigt. In the so-called extraction methods, the pores are in principle produced by dissolving out a component from the polymer matrix by means of suitable solvents. Here, a variety of variants have developed, which differ in the nature of the additives and the appropriate solvents. Both organic and inorganic additives can be extracted. This extraction can be done as the last step in the production of the film or combined with a subsequent drawing. Today, the process mainly produces polyethylene separators with good mechanical properties but low thermal resistance.
Ein älteres aber erfolgreiches Verfahren beruht auf einer Verstreckung der Polymermatrix bei Temperaturen die deutlich unter dem Schmelzpunkt des Polymers liegen (Kaltverstreckung). Hierzu wird die Folie zunächst extrudiert und anschließend zur Erhöhung des kristallinen Anteils für einige Stunden getempert. Im nächsten Verfahrensschritt erfolgt die Kalt- Verstreckung in Längsrichtung bei sehr niedrigen Temperaturen, um eine Vielzahl von Fehlstellen in Form kleinster Mikrorisse zu erzeugen. Diese vorgestreckte Folie mit Fehlstellen wird anschließend bei erhöhten Temperaturen mit höheren Faktoren nochmals in die gleiche Richtung verstreckt, wobei die Fehlstellen zu Poren vergrößert werden, die eine netzwerkartige Struktur ausbilden. Diese Folien vereinen hohe Porositäten und gute mechanische Festigkeit in Richtung ihrer Verstreckung, im Allgemeinen die Längsrichtung. Die mechanische Festigkeit in Querrichtung bleibt dabei jedoch mangelhaft, wodurch die Durchstoßfestigkeit schlecht ist und eine hohe Spleißneigung in Längsrichtung resultiert. Insgesamt ist das Verfahren kostenintensiv. An older but successful process is based on stretching the polymer matrix at temperatures well below the melting point of the polymer (cold drawing). For this purpose, the film is first extruded and then annealed to increase the crystalline content for a few hours. In the next process step, the cold stretching is carried out in the longitudinal direction at very low temperatures in order to produce a plurality of defects in the form of the smallest microcracks. This pre-stretched film with voids is then stretched in the same direction again at elevated temperatures with higher factors, enlarging the voids to pores forming a network-like structure. These films combine high porosity and good mechanical strength in the direction of their drawing, generally the longitudinal direction. However, the mechanical strength in the transverse direction remains poor, whereby the puncture resistance is poor and results in a high splice tendency in the longitudinal direction. Overall, the process is costly.
Ein weiteres bekanntes Verfahren zur Herstellung von porösen Folien basiert auf der Zumischung von ß-Nukleierungsmitteln zu Polypropylen. Durch das ß- Nukleierungsmittel bildet das Polypropylen beim Abkühlen der Schmelze sogenannte ß-Kristallite in hohen Konzentrationen. Bei der anschließenden Längs- Verstreckung erfolgt eine Umwandlung der ß-Phase in die alpha-Modifikation des Polypropylens. Da sich diese unterschiedlichen Kristallmodifikationen in der Dichte unterscheiden, entstehen auch hier zunächst viele mikroskopische Fehlstellen, die durch die Verstreckung zu Poren aufgerissen werden. Dieses Verfahren erfordert keinen Extraktionsschritt und wird daher in der Fachwelt auch als Trockenverfahren („Dry-process“) bezeichnet und damit gegenüber den Nass-Verfahren mit Extraktion abgegrenzt („wet process“). Die nach diesem Verfahren hergestellten Folien haben gute Porositäten und gute mechanische Festigkeiten in Längs- und Querrichtung und eine sehr gute Wirtschaftlichkeit. Diese Folien werden nachstehend auch ß- poröse Folien genannt. Nach diesem Verfahren lassen sich jedoch keine hochfesten Folien herstellen, die mit den mechanischen Eigenschaften der Polyethylenseparatoren des Wet-Process mithalten können. Zur Verbesserung der Festigkeiten in Längsrichtung kann die Orientierung in Längsrichtung erhöht werden. Dies führt dann aber in der anschließenden Querstreckung infolge der Spleißneigung in Längsrichtung, zu mangelnder Laufsicherheit. Der Orientierung bzw. Streckung in Längsrichtung zur Festigkeitserhöhung sind damit Grenzen gesetzt. Auf Grund der mangelhaften mechanischen Festigkeiten haben diese ß- porösen Folien bei der Verwendung als Separator in der Praxis eine Dicke von mindesten 20pm. Another known process for producing porous films is based on the admixture of β-nucleating agents to polypropylene. By the ß-nucleating agent forms the polypropylene during cooling of the melt so-called ß-crystallites in high concentrations. During the subsequent longitudinal stretching, the β phase is converted into the alpha modification of the polypropylene. Since these different crystal modifications differ in their density, many microscopic defects are also created here, which are torn to pores by stretching. This process does not require any extraction step and is therefore also referred to in the art as a dry process ("dry process") and thus delimited from the wet process with extraction ("wet process"). The films produced by this process have good porosities and good mechanical strength in the longitudinal and transverse directions and a very good economy. These films are also referred to below as porous films. However, this method can not produce high-strength films that can compete with the mechanical properties of the wet-process polyethylene separators. To improve the strength in the longitudinal direction, the orientation can be increased in the longitudinal direction. However, this leads then in the subsequent transverse extent due to the splice tendency in the longitudinal direction, to lack of running safety. The orientation or stretching in the longitudinal direction to increase strength are therefore limited. Due to the inadequate mechanical strengths, when used as a separator, these β-porous films have a thickness of at least 20 μm in practice.
Die US 7,235,203 beschreibt ß-porösen Folien mit hohen Porositäten und Gurleywerten von unter 500s/100ml, deren Porosität durch eine hohe Orientierung in Längsrichtung verbessert wird. Nach dieser Lehre wird die Orientierung in Längsrichtung dadurch erhöht, dass man bei der Verstreckung in Längsrichtung einen sehr hohen Einsprung von 25 bis 50% oder mehr zulässt. Als Alternative wird eine zweite Methode beschrieben, nach der nadelförmige Kristalle als ß- Nukleierungsmittel eingesetzt werden. Durch diese nadelförmigen Kristalle bilden sich bereits beim Abkühlen der Schmelze zur Vorfolie die ß-Kristallite mit einer Vorzugsorientierung in Längsrichtung aus. Diese längsorientierten Kristalle tragen zu einer erhöhten Orientierung bei, so dass nach der Längsstreckung eine besonders hohe Orientierung in Längsrichtung vorliegt. Diese beiden Verfahren können auch kombiniert werden, so dass entweder über den Einsprung oder die Verwendung von nadelförmigen Kristalliten oder über beide Maßnahmen eine längsgestreckte Folie mit einer sehr hohen Längsorientierung erhalten wird. Nach dem anschließenden Querverstrecken dieser hoch längsorientierten Folie werden sehr hohe Porositäten erreicht. Die hohe Längsorientierung führt jedoch trotz der abschließenden Querverstreckung zu einer starken Spleißneigung in Längsrichtung. Die Spleißneigung beeinträchtigt aber die Laufsicherheit der Folie bei der Querstreckung und bei der vorgesehenen Verarbeitung zum Separator. US Pat. No. 7,235,203 describes β-porous films with high porosities and Gurley values of less than 500 s / 100 ml, whose porosity is improved by a high orientation in the longitudinal direction. According to this teaching, the orientation in the longitudinal direction is increased by allowing a very high jump of 25 to 50% or more in the longitudinal direction. As an alternative, a second method is described according to which needle-shaped crystals are used as β-nucleating agents. As a result of these needle-shaped crystals, the β-crystallites with a preferred orientation in the longitudinal direction are already formed on cooling of the melt to the prefilm. These longitudinally oriented crystals contribute to an increased orientation, so that after the longitudinal stretching a particularly high orientation in the longitudinal direction is present. These two methods can also be combined so that either an elongated film with a very high longitudinal orientation is obtained either via the entrance or the use of acicular crystallites or by both means. After the subsequent transverse stretching of this highly longitudinally oriented film, very high porosities are achieved. However, the high longitudinal orientation, despite the final transverse stretching leads to a strong splice tendency in the longitudinal direction. However, the tendency to splice impairs the running safety of the film during the transverse stretching and during the intended processing to the separator.
Die WO2011 134626A1 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung einer ß-porösen Polypropylenfolie bei welchem Propylenpolymer und ß-Nukleierungsmittel in einem Extruder aufgeschmolzen, durch eine Flachdüse auf eine Abzugswalze extrudiert wird, auf der sich der Schmelzefilm unter Ausbildung von ß-Kristalliten abkühlt und verfestigt. Diese Folie wird anschließend in Längsrichtung und danach in Querrichtung verstreckt wird, wobei bei der Querverstreckung mit einer langsamen Streckgeschwindigkeit von weniger als 40%/sec verstreckt wird. Durch das langsame Verstrecken in Querrichtung können höhere Porositäten erzielt werden. WO2011 134626A1 describes a process for producing a β-porous polypropylene film in which propylene polymer and β-nucleating agent is melted in an extruder, extruded through a flat die onto a take-off roll on which the melt film cools and solidifies to form β-crystallites. This film is then stretched longitudinally and then transversely, drawing in the transverse direction at a slow stretching speed of less than 40% / sec. By slow stretching in the transverse direction higher porosity can be achieved.
Allen bekannten Verfahren zur Herstellung von verstreckten porösen Folien ist ein Prinzip gemeinsam: In einem ersten Schritt werden durch unterschiedliche Mechanismen Fehlstellen in der Polymermatrix erzeugt. Diese Fehlstellen werden in einem anschließenden Streckschritt so aufgerissen, dass eine Porenstruktur entsteht, die der Folie grundsätzlich eine Gasdurchlässigkeit verleiht. In füllstoffhaltigen Folien verursachen die Partikel beim Längsverstrecken einen Abriß zwischen Polymermatrix und Füllstoff, so dass um die Partikel herum eine Fehlstelle entsteht. Bei den Nass-Verfahren wird ein Zusatzstoff herausgelöst, dessen ursprüngliche Position eine Fehlstelle bildet. Bei den Kalt-gestreckten Folien entsteht bei der ersten moderaten Verstreckung der hochkristallinen Folien bei niedrigen Temperaturen eine Fehlstelle. Bei den ß-porösen Folien erzeugt die Umwandlung der ß-Kristallite in Alpha Kristalle eine Fehlstelle durch die unterschiedliche Dichte der beiden Kristall-Formen, wobei ß-Kristalle im ersten Schritt auf unterschiedliche Weise erzeugt werden können. All known processes for the preparation of stretched porous films have one principle in common: In a first step, defects in the polymer matrix are produced by different mechanisms. These defects are torn in a subsequent stretching step so that a pore structure is formed, which basically gives the film a gas permeability. In filler-containing films, the particles cause a tearing between polymer matrix and filler during longitudinal stretching, so that a defect is created around the particles. In the wet process, an additive is dissolved out whose original position forms a defect. In the case of the cold-stretched films, a defect is formed at the first moderate stretching of the highly crystalline films at low temperatures. In the β-porous films, the transformation of the β-crystallites into alpha crystals produces a defect by the different density of the two crystal forms, wherein ß-crystals can be generated in different ways in the first step.
Art, Größe und Verteilung der Poren und die mechanischen Festigkeiten der Folien hängen wesentlich von dem grundsätzlichen Verfahren ab und unterscheiden sich erheblich. Im Grundsatz ist aber immer in einem ersten Verfahrensschritt die Erzeugung einer Fehlstelle notwendig, die dann in einem nächsten Streckschritt eine poröse Netzwerkstruktur aus untereinander verbundenen Poren ausbilden kann. The type, size and distribution of the pores and the mechanical strengths of the films depend essentially on the basic process and differ considerably. In principle, however, the generation of a defect is always necessary in a first process step, which can then form a porous network structure of interconnected pores in a next stretching step.
Von den Folien aus dem Partikelverfahren mit hohen Füllstoffmengen und von opaken Verpackungsfolien ist bekannt, dass unverträgliche Füllstoffe in einer Polypropylenmatrix bei der sequentiellen biaxialen Verstreckung eine Struktur mit Vakuolen um die Partikel ausbilden. Grundsätzlich beruht die Bildung von Vakuolen beim Partikelverfahren auf der Erzeugung von Mikrorissen an der Grenzfläche zwischen dem Polymeren und dem partikelförmigen Zusatzstoff während der Längsstreckung. Bei der anschließenden Querstreckung reißen diese feinen Längsrisse zu luftgefüllten geschlossenen Hohlräumen oder zu einem Netzwerk aus Poren auf. Es wurde mehrfach versucht diese Folientypen mittels einer simultanen biaxialen Verstreckung herzustellen. Dabei wurde jedoch festgestellt, dass keine vergleichbaren Ergebnisse erzielt werden konnten. Die Porosität der Folien mit hohem Füllstoffanteil war um Größenordnungen niedriger als bei einer sequentiellen Verstreckung. Auch bei den Verpackungsfolien, bei denen die Anforderungen hinsichtlich Vakuolenbildung niedriger sind, konnten nicht mittels LISIM Verfahren in vergleichbarer Qualität hergestellt werden. Nur bei ausgewählter Teilchenform oder Teilchengröße (siehe WO03/033574) konnte ein geringer Anteil an Vakuolen erzeugt werden. In der Fachwelt wird davon ausgegangen, dass bei der simultanen Verstreckung nicht genügend primäre Fehlstellen um die Füllstoffe herum erzeugt werden, da die Orientierung gleichzeitig in beide Richtungen erfolgt. Daher wurde für diesen Prozeß eine alternative Technologie über Schäumungsmittel entwickelt. Bis heute sind keine simultan-verstreckten Polypropylen-Folien mit vakuolen-initierenden Füllstoffen auf dem Markt erhältlich, seien es opake Verpackungsfolien oder poröse Folien. It is known from the films of the particle method with high filler quantities and of opaque packaging films that incompatible fillers in a polypropylene matrix in the sequential biaxial orientation form a structure with vacuoles around the particles. Basically, the formation of vacuoles in the particle process relies on the generation of microcracks at the interface between the polymer and the particulate additive during longitudinal stretching. During the subsequent transverse stretching, these fine longitudinal cracks tear open to air-filled closed cavities or to a network of pores. It has been tried several times to produce these types of film by means of a simultaneous biaxial stretching. However, it was found that no comparable results could be achieved. The porosity of the high filler content films was orders of magnitude lower than sequential stretching. Even with the packaging films where the requirements for vacuolation are lower, could not be produced by LISIM process in comparable quality. Only with selected particle shape or particle size (see WO03 / 033574) was it possible to generate a small proportion of vacuoles. In the art, it is believed that simultaneous stretching does not create enough primary imperfections around the fillers since the orientation occurs simultaneously in both directions. Therefore, an alternative foaming agent technology has been developed for this process. To date, are not simultaneously-stretched Polypropylene films with vacuole-initiating fillers are available on the market, be they opaque packaging films or porous films.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung bestand darin, eine dünne ß-poröse Folie zur Verfügung zu stellen, die eine hohe Durchlässigkeit aufweist und hinsichtlich ihrer mechanischen Festigkeit verbessert ist und damit in reduzierten Dicken als Separator in den verschiedensten Zellanwendungen eingesetzt werden kann. The object of the present invention was to provide a thin ß-porous film which has a high permeability and is improved in mechanical strength and thus can be used in reduced thicknesses as a separator in a variety of cell applications.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird somit gelöst durch eine biaxial orientierte, ein- oder mehrschichtige Folie mit mindestens einer porösen Schicht, wobei diese poröse Schicht mindestens ein Propylenpolymer und ß-Nukleierungs- mittel enthält und die Porosität dieser poröse Schicht durch Umwandlung von ß- kristallinem Polypropylen beim Verstrecken der Folie erzeugt wird, wobei die unverstreckte Vorfolie in Längsrichtung gestreckt und anschließend die längsgestreckte Folie simultan in Längsrichtung und in Querrichtung verstreckt wird. The problem underlying the invention is thus achieved by a biaxially oriented, single-layer or multi-layered film having at least one porous layer, this porous layer containing at least one propylene polymer and β-nucleating agent and the porosity of this porous layer by conversion of β-crystalline Polypropylene is produced in the stretching of the film, wherein the unstretched prefilm stretched in the longitudinal direction and then the longitudinally stretched film is stretched simultaneously in the longitudinal direction and in the transverse direction.
Überraschenderweise ist es möglich eine bereits längsverstreckte Folie aus Polypropylen und ß-Nukleierungsmitteln anschließend gleichzeitig in Längsrichtung und in Querrichtung zu einer porösen Folie zu verstrecken. Die Folien zeichnen sich durch eine hohe Porosität und ausgezeichnete mechanische Eigenschaften aus. Surprisingly, it is then possible to simultaneously stretch a longitudinally stretched film of polypropylene and β-nucleating agents in the longitudinal direction and in the transverse direction to form a porous film. The films are characterized by a high porosity and excellent mechanical properties.
Es wurde im Rahmen der vorliegenden Erfindung gefunden, dass es möglich ist eine Polypropylenfolie, die ß-Nukleierungsmittel enthält und vorab in einem separaten Streckschritt bereits in Längsrichtung orientiert wurde, derart simultan zu verstrecken, dass die an sich bekannte poröse Netzwerkstruktur entsteht. Die Folie wird in an sich bekannter Weise extrudiert und so abgekühlt, dass ein hoher Gehalt an ß-Polypropylen entsteht und anschließend zunächst in Längsrichtung und dann direkt simultan verstreckt. Überraschenderweise bilden sich während der simultanen Verstreckung eine Vielzahl von untereinander verbunden Poren, so dass eine offenporige poröse Folie erhalten wird. Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird somit auch gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung einer biaxial orientierten, einschichtigen oder mehrschichtigen porösen Polypropylenfolie bei welchem Propylenpolymer und ß- Nukleierungsmittel in einem Extruder aufgeschmolzen und durch eine Flachdüse auf eine Abzugswalze extrudiert wird, auf der sich der Schmelzefilm unter Ausbildung von ß-Kristalliten abkühlt und verfestigt und die unverstreckte Vorfolie in Längsrichtung gestreckt wird und die längsgestreckte Folie anschließend simultan in Längsrichtung und in Querrichtung verstreckt wird. It has been found within the scope of the present invention that it is possible to simultaneously stretch a polypropylene film which contains β-nucleating agents and has already been oriented longitudinally in a separate stretching step in such a way that the porous network structure known per se is formed. The film is extruded in a conventional manner and cooled so that a high content of ß-polypropylene is formed and then first stretched in the longitudinal direction and then directly simultaneously. Surprisingly, a plurality of interconnected pores are formed during the simultaneous drawing, so that an open-pore porous film is obtained. The problem underlying the invention is thus also achieved by a process for producing a biaxially oriented, single-layer or multilayer porous polypropylene film in which propylene polymer and ß-nucleating agent is melted in an extruder and extruded through a flat die onto a take-off roll on which the melt film under Formation of β-crystallites is cooled and solidified and the unstretched prefilm is stretched in the longitudinal direction and the longitudinally stretched film is then stretched simultaneously in the longitudinal direction and in the transverse direction.
Die Unteransprüche geben bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Folie, bzw. der erfindungsgemäßen Verfahren an. The subclaims specify preferred embodiments of the film according to the invention or the process according to the invention.
Die erfindungsgemäße Folie umfasst mindestens eine poröse Schicht, die aus Propylenpolymeren, vorzugsweise Proyplenhomopolymeren und/oder Propylen blockcopolymeren, aufgebaut ist und ß-Nukleierungsmittel enthält. Gegebenenfalls können zusätzlich andere Polyolefine in geringen Mengen enthalten sein, soweit sie die Porosität und andere wesentliche Eigenschaften nicht nachteilig beeinflussen. Des Weiteren enthält die poröse Schicht gegebenenfalls zusätzlich übliche Additive, beispielsweise Stabilisatoren und/oder Neutralisationsmittel in jeweils wirksamen Mengen. The film according to the invention comprises at least one porous layer which is composed of propylene polymers, preferably propylene homopolymers and / or propylene block copolymers, and contains β-nucleating agents. Optionally, other polyolefins may additionally be included in minor amounts, provided they do not adversely affect porosity and other essential properties. In addition, if appropriate, the porous layer additionally contains customary additives, for example stabilizers and / or neutralizing agents, in respective effective amounts.
Geeignete Propylenhomopolymeren enthalten 98 bis 100 Gew.-%, vorzugsweise 99 bis 100 Gew.-% Propyleneinheiten und besitzen einen Schmelzpunkt (DSC) von 150°C oder höher, vorzugsweise 155 bis 170°C, und im allgemeinen einen Schmelzflußindex von 0,5 bis 10 g/10 min, vorzugsweise 2 bis 8 g/10 min, bei 230°C und einer Kraft von 2,16 kg (DIN 53735). Isotaktische Propylenhomopolymere mit einem n-heptan löslichen Anteil von unter 15 Gew.-%, vorzugsweise von 1 bis 10 Gew.-%, stellen bevorzugte Propylenhomopolymere für die Schicht dar. Vorteilhaft können auch isotaktische Propylenhomopolymere mit einer hohen Ketten isotaktizität von mindestens 96%, vorzugsweise 97 - 99% (13C- NMR; Triaden Methode) eingesetzt werden. Diese Rohstoffe sind als HIPP- Polymere (Hoch isotaktische Polypropylene) oder HCPP (Hoch Kristalline Polypropylene) im Stand der Technik bekannt und zeichnen sich durch eine hohe Stereoregularität der Polymerketten, höhere Kristallinität und einen höheren Schmelzpunkt aus (im Vergleich zu Propylenpolymeren mit einer 13C-NMR- Isotaktizität von 90 bis <96%, die gleichfalls eingesetzt werden können). Suitable propylene homopolymers contain from 98 to 100% by weight, preferably from 99 to 100% by weight of propylene units and have a melting point (DSC) of 150 ° C or higher, preferably 155 to 170 ° C, and generally a melt flow index of 0.5 to 10 g / 10 min, preferably 2 to 8 g / 10 min, at 230 ° C and a force of 2.16 kg (DIN 53735). Isotactic propylene homopolymers having an n-heptane soluble content of less than 15% by weight, preferably from 1 to 10% by weight, are preferred propylene homopolymers for the layer. Advantageously, isotactic propylene homopolymers having a high chain isotacticity of at least 96%, preferably 97-99% ( 13 C NMR, triad method) are used. These raw materials are called HIPP Polymers (high isotactic polypropylenes) or HCPP (high crystalline polypropylenes) are known in the art and are characterized by high stereoregularity of the polymer chains, higher crystallinity and higher melting point (compared to propylene polymers having a 13 C NMR isotacticity of 90 to <96%, which can also be used).
Propylen-Blockcopolymere haben im Allgemeinen einen Schmelzpunkt von über 140 bis 170°C, vorzugsweise von 145 bis 165°C, insbesondere 150 bis 160°C und im Allgemeinen einen Schmelzebereich der bei über 120°C, vorzugsweise in einem Bereich von 125 - 140°C beginnt. Der Comonomer-, vorzugsweise Ethylen-Gehalt liegt beispielsweise zwischen 1 und 20 Gew.-%, bevorzugt 1 und 10 Gew.-%. Der Schmelzflußindex der Propylen-Blockcopolymere liegt im Allgemeinen in einem Bereich von 1 bis 20 g/10min, vorzugsweise 1 bis 10 g/10min. Propylene block copolymers generally have a melting point above 140 to 170 ° C, preferably from 145 to 165 ° C, especially 150 to 160 ° C and generally a melt range of above 120 ° C, preferably in a range of 125-140th ° C begins. The comonomer, preferably ethylene content is for example between 1 and 20 wt .-%, preferably 1 and 10 wt .-%. The melt flow index of the propylene block copolymers is generally in a range of 1 to 20 g / 10 min, preferably 1 to 10 g / 10 min.
Gegebenenfalls kann die poröse Schicht zusätzlich andere Polyolefine enthalten, soweit sie die Eigenschaften, insbesondere die Porosität und die mechanischen Festigkeiten, nicht negativ beeinflussen. Andere Polyolefine sind beispielsweise statistische Copolymere von Ethylen und Propylen mit einem Ethylengehalt von 20 Gew.-% oder weniger, statistische Copolymere von Propylen mit C4-C8-Olefinen mit einem Olefingehalt von 20 Gew.-% oder weniger, Terpolymere von Propylen, Ethylen und Butylen mit einem Ethylengehalt von 10 Gew.-% oder weniger und mit einem Butylengehalt von 15 Gew.-% oder weniger, oder Polyethylene, wie beispielsweise LDPE, VLDPE, und LLDPE. Optionally, the porous layer may additionally contain other polyolefins, provided that they do not adversely affect the properties, in particular the porosity and the mechanical strengths. Other polyolefins include, for example, random copolymers of ethylene and propylene having an ethylene content of 20% by weight or less, random copolymers of propylene with C 4 -C 8 olefins having an olefin content of 20% by weight or less, terpolymers of propylene, Ethylene and butylene having an ethylene content of 10% by weight or less and having a butylene content of 15% by weight or less, or polyethylenes such as LDPE, VLDPE, and LLDPE.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die poröse Schicht nur aus Propylenhomopolymer und/oder Propylenblockcopolmyer und ß-Nukleierungsmittel, sowie gegebenenfalls Stabilisator und Neutralisationsmittel aufgebaut. In a preferred embodiment, the porous layer is composed only of propylene homopolymer and / or Propylenblockcopolmyer and ß-nucleating agent, and optionally stabilizer and neutralizing agent.
Als ß-Nukleierungsmittel sind für die poröse Schicht grundsätzlich alle bekannten Zusatzstoffe geeignet, welche die Bildung von ß-Kristallen des Polypropylens beim Abkühlen einer Polypropylenschmelze fördern. Derartige ß-Nukleierungsmittel, als auch ihre Wirkungsweise in einer Polypropylenmatrix, sind an sich im Stand der Technik bekannt und werden nachstehend im Einzelnen beschrieben. Basically, all known additives which promote the formation of β crystals of the polypropylene during cooling of a polypropylene melt are suitable as β-nucleating agents for the porous layer. Such β-nucleating agents, as also their mode of action in a polypropylene matrix, are per se known in the art and will be described in detail below.
Von Polypropylen sind verschiedene kristalline Phasen bekannt. Beim Abkühlen einer Schmelze bildet sich üblicherweise überwiegend das a-kristalline PP, dessen Schmelzpunkt im Bereich von 155 - 170°C, vorzugsweise 158 - 162°C, liegt. Durch eine bestimmte Temperaturführung kann beim Abkühlen der Schmelze ein geringer Anteil an ß-kristalliner Phase erzeugt werden, welche gegenüber der monoklinen a- Modifikation mit 145 - 152°C, vorzugsweise 148 - 150°C einen deutlich niedrigeren Schmelzpunkt aufweist. Im Stand der Technik sind Additive bekannt, die zu einem erhöhten Anteil der ß-Modifikation beim Abkühlen des Polypropylens führen, beispielsweise γ-Quinacridone, Dihydroquinacridine oder Calciumsalze der Phtalsäure. From polypropylene, various crystalline phases are known. When a melt is cooled, the a-crystalline PP whose melting point is in the range from 155 to 170 ° C., preferably 158 to 162 ° C., is usually formed predominantly. By a certain temperature control, a small proportion of β-crystalline phase can be produced during cooling of the melt, which has a significantly lower melting point than the monoclinic a modification at 145-152 ° C., preferably 148-150 ° C. In the prior art, additives are known which lead to an increased proportion of the β-modification during cooling of the polypropylene, for example γ-quinacridones, dihydroquinacridines or calcium salts of phthalic acid.
Für die Zwecke der vorliegenden Erfindung werden vorzugsweise hochaktive ß- Nukleierungsmittel eingesetzt, welche beim Abkühlen einer Propylenhomo polymerschmelze einen ß-Anteil von 40-95%, vorzugsweise von 50-85% (DSC) erzeugen. Der ß-Anteil wird aus dem DSC der abgekühlten Propylenhomopolymerschmelze bestimmt. Bevorzugt ist beispielsweise ein zweikomponentiges ß-Nukleierungssystem aus Calciumcarbonat und organischen Dicarbonsäuren, welches in der DE 3610644 beschrieben ist, worauf hiermit ausdrücklich Bezug genommen wird. Besonders vorteilhaft sind Calciumsalze der Dicarbonsäuren, wie Calciumpimelat oder Calciumsuberat wie in DE 4420989 beschrieben, auf die ebenfalls ausdrücklich Bezug genommen wird. Auch die in der EP-0557721 beschriebenen Dicarboxamide, insbesondere N,N-Dicyclohexyl-2,6- Naphtalendicarboxamide, sind geeignete ß-Nukleierungsmittel. For the purposes of the present invention, highly active β-nucleating agents are preferably used which, on cooling a propylene homopolymer polymer melt, produce a β content of 40-95%, preferably of 50-85% (DSC). The β content is determined from the DSC of the cooled propylene homopolymer melt. For example, preference is given to a two-component β-nucleation system composed of calcium carbonate and organic dicarboxylic acids, which is described in DE 3610644, to which reference is hereby expressly made. Particularly advantageous are calcium salts of dicarboxylic acids, such as calcium pimelate or calcium suberate as described in DE 4420989, to which also expressly incorporated by reference. The dicarboxamides described in EP-0557721, in particular N, N-dicyclohexyl-2,6-naphthalenedicarboxamides, are also suitable β-nucleating agents.
Zusätzlich zu den ß-Nukleierungsmitteln sind die Einhaltung eines bestimmten Temperaturbereiches und die Verweilzeiten bei diesen Temperaturen beim Abkühlen des Schmelzefilms für die Erzielung eines hohen Anteils an ß-kristallinem Polypropylen in der unverstreckten Vorfolie wichtig. Die Abkühlung des Schmelzefilms erfolgt vorzugsweise bei einer Temperatur von 60 bis 140°C, insbesondere 80 bis 135°C, beispielsweise 95 bis 130 oder 1 10-125°C. Eine langsame Abkühlung fördert das Wachstum der ß-Kristallite ebenfalls, daher sollte die Abzugsgeschwindigkeit, d.h. die Geschwindigkeit mit welcher der Schmelzefilm über die erste Kühlwalze läuft, langsam sein, damit die Verweilzeiten bei den gewählten Temperaturen ausreichend lange sind. Die Abzugsgeschwindigkeit beträgt vorzugsweise weniger als 25 m/min, insbesondere 1 bis 20 m/min. Die Verweilzeit des Schmelzefilms beträgt im Allgemeinen 20 bis 300s; vorzugsweise 30 bis 200s. In addition to the β-nucleating agents, maintaining a certain temperature range and residence times at these temperatures during cooling of the melt film is important for achieving a high level of β-crystalline polypropylene in the unstretched prefilm. The cooling of the Melting film is preferably carried out at a temperature of 60 to 140 ° C, in particular 80 to 135 ° C, for example 95 to 130 or 1 10-125 ° C. Slow cooling also promotes the growth of β-crystallites, therefore, the withdrawal speed, ie the rate at which the melt film passes over the first chill roll, should be slow so that the residence times at the selected temperatures are sufficiently long. The take-off speed is preferably less than 25 m / min, in particular 1 to 20 m / min. The residence time of the melt film is generally 20 to 300 seconds; preferably 30 to 200s.
Die poröse Schicht enthält im allgemeinen 45 bis <100 Gew.-%, vorzugsweise 50 bis 95 Gew.-%, Propylenhomopolymere und/oder Propylenblockcopolymer und 0,001 bis 5 Gew.-%, vorzugsweise 50 bis 10.000 ppm mindestens eines ß- Nukleierungsmittels, bezogen auf das Gewicht der porösen Schicht. Für den Fall, daß weitere Polyolefine in der Schicht enthalten sind, wird der Anteil des Propylenhomopolymeren oder des Blockcopolymeren entsprechend reduziert. Im Allgemeinen wird die Menge der zusätzlichen Polymeren in der Schicht 0 bis <10 Gew.-%, vorzugsweise 0 bis 5 Gew.-%, insbesondere 0,5 bis 2 Gew.-% betragen, wenn diese zusätzlich enthalten sind. In gleicher Weise gilt, daß der besagte Propylenhomopolymer oder Propylenblockcopolymer Anteil reduziert wird, wenn höhere Mengen von bis zu 5 Gew.-% Nukleierungsmittel eingesetzt werden. Zusätzlich kann die poröse Schicht übliche Stabilisatoren und Neutralisationsmittel, sowie gegebenenfalls weitere Additive, in den üblichen geringen Mengen von unter 2 Gew.-% enthalten. The porous layer generally contains 45 to <100% by weight, preferably 50 to 95% by weight, of propylene homopolymer and / or propylene block copolymer and 0.001 to 5% by weight, preferably 50 to 10,000 ppm of at least one β-nucleating agent on the weight of the porous layer. In the event that further polyolefins are contained in the layer, the proportion of propylene homopolymer or of the block copolymer is reduced accordingly. In general, the amount of the additional polymers in the layer will be 0 to <10% by weight, preferably 0 to 5% by weight, in particular 0.5 to 2% by weight, if these are additionally present. Likewise, said propylene homopolymer or propylene block copolymer portion is reduced when higher levels of up to 5 weight percent nucleating agent are employed. In addition, the porous layer conventional stabilizers and neutralizing agents, and optionally further additives, in the usual small amounts of less than 2 wt .-%.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die poröse Schicht aus einer Mischung aus Propylenhomopolymer und Propylenblockcopolymer aufgebaut. Die poröse Schicht enthält in diesen Ausführungsformen im Allgemeinen 50 bis 85 Gew.-%, vorzugsweise 60 bis 75 Gew.-%, Propylenhomopolymere und 15 bis 50 Gew.-% Propylenblockcopolymere, vorzugsweise 25 bis 40 Gew.-%, und 0,001 bis 5 Gew.- %, vorzugsweise 50 bis 10.000 ppm mindestens eines ß-Nukleierungsmittels, bezogen auf das Gewicht der Schicht, sowie gegebenenfalls die bereits erwähnten Additive wie Stabilisatoren und Neutralisationsmittel. Auch hier gilt, dass weitere Polyolefine in einer Menge von 0 bis <10 Gew.-%, vorzugsweise 0 bis 5 Gew.-%, insbesondere 0,5 bis 2 Gew.-% enthalten sein können, und der Anteil des Propylenhomopolymeren oder des Blockcopolymeren dann entsprechend reduziert wird. In a preferred embodiment, the porous layer is composed of a mixture of propylene homopolymer and propylene block copolymer. The porous layer in these embodiments generally contains from 50 to 85% by weight, preferably from 60 to 75% by weight, of propylene homopolymers and from 15 to 50% by weight of propylene block copolymers, preferably from 25 to 40% by weight, and from 0.001 to 5 % By weight, preferably 50 to 10,000 ppm of at least one β-nucleating agent, based on the weight of the layer, and optionally the additives already mentioned, such as stabilizers and neutralizing agents. Again, it is true that further polyolefins may be present in an amount of 0 to <10 wt .-%, preferably 0 to 5 wt .-%, in particular 0.5 to 2 wt .-%, and the proportion of the propylene homopolymer or the Block copolymer is then reduced accordingly.
Besonders bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen porösen Folie enthalten 50 bis 10.000ppm, vorzugsweise 50 bis 5000ppm, insbesondere 50 bis 2000ppm Calcium-Pimelat oder Calcium-Suberat als ß-Nukleierungsmittel in der porösen Schicht. Particularly preferred embodiments of the porous film according to the invention contain from 50 to 10,000 ppm, preferably from 50 to 5000 ppm, in particular from 50 to 2000 ppm of calcium pimelate or calcium suberate as β-nucleating agent in the porous layer.
Es wurde gefunden, dass durch die simultane Streckung in Längs- und Querichtung sehr dünne ß-poröse Polypropylenfolien mit einer Dicke von unter 20μm laufsicher hergestellt werden können. Überraschenderweise weisen diese dünnen ß-porösen Folien sehr gute mechanische Festigkeiten in beide Richtungen auf. Insbesondere zeigt die Folie eine unerwartet hohe Reißfestigkeit in Längsrichtung. Auch wurde die Festigkeiten in Querrichtung gegenüber sequentiell verstreckten Folien erhöht. Darüber hinaus wird eine deutliche Erhöhung der Durchstossfestigkeit im Vergleich zu sequentiell verstreckten Folien erzielt. Es wurde ursprünglich erwartet, dass im Vergleich zu einer sequentiell verstreckten Folie die Erhöhung der Reißfestigkeit, bzw. die Erhöhung des E-Moduls in Längsrichtung zwangsläufig mit einer wesentlichen Beeinträchtigung der entsprechenden Werte in Querrichtung einher gehen würde. Dies ist überraschenderweise nicht, bzw. so wenig ausgeprägt der Fall, daß die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Folie trotz der sehr geringen Dicke von unter 20μm in den üblichen Verarbeitungs- und Anwendungsprozessen eingesetzt werden kann. Die Folie hält den bei diesen Prozessen auftreten mechanischen Belastung stand, die mechanischen Festigkeiten sind überraschend in beiden Richtungen so gut, so daß die Folie störungsfrei und laufsicher verarbeitet werden kann. Die poröse Folie kann ein oder mehrschichtig sein. Die Dicke der Folie liegt im Allgemeinen in einem Bereich von 3 bis 100 miti, vorzugsweise 3 bis 60 μm, insbesondere 3 bis 50μm. Überraschenderweise können mit dem erfindungsgemäßen Verfahren Foliendicken von unter 10μm realisiert werden. Erfindungsgemäß habe diese porösen Dünnstfolien eine Dicke von 3 bis <10μm, vorzugsweise eine Dicke von 3,5 bis 8μm, insbesondere eine Dicke von 4 bis 7μm. It has been found that by simultaneous stretching in the longitudinal and transverse directions very thin ß-porous polypropylene films with a thickness of less than 20 .mu.m can be made safe to run. Surprisingly, these thin β-porous films have very good mechanical strengths in both directions. In particular, the film exhibits an unexpectedly high longitudinal tear strength. Also, the transverse strengths were increased over sequentially stretched films. In addition, a significant increase in puncture resistance compared to sequentially stretched films is achieved. It was originally expected that, compared with a sequentially stretched film, increasing the tear strength or increasing the modulus of elasticity in the longitudinal direction would inevitably be accompanied by a substantial impairment of the corresponding values in the transverse direction. This is surprisingly not, or so little pronounced the case that the film produced by the process according to the invention despite the very small thickness of less than 20 microns in the usual processing and application processes can be used. The film withstands the mechanical stress that occurs in these processes, the mechanical strengths are surprisingly so good in both directions, so that the film can be processed trouble-free and safe to run. The porous film may be one or more layers. The thickness of the film is generally in a range of 3 to 100 μm, preferably 3 to 60 μm, in particular 3 to 50 μm. Surprisingly, film thicknesses of less than 10 .mu.m can be realized with the process according to the invention. According to the invention, these porous thin films have a thickness of 3 to <10 .mu.m, preferably a thickness of 3.5 to 8 .mu.m, in particular a thickness of 4 to 7 .mu.m.
In einer mehrschichtigen Ausführungsform umfaßt die Folie weitere poröse Schichten, welche wie vorstehend beschrieben aufgebaut sind, wobei die Zusammensetzung der verschiedenen porösen Schicht nicht unbedingt identisch sein muss. Für mehrschichtige Ausführungsformen beträgt die Dicke der einzelnen Schichten im allgemeinen 1 bis 50μm. In a multilayered embodiment, the film comprises further porous layers which are constructed as described above, wherein the composition of the different porous layer need not necessarily be identical. For multilayered embodiments, the thickness of the individual layers is generally 1 to 50 μm.
Die Dichte der ß-porösen Folie liegt im Allgemeinen in einem Bereich von 0, 1 bis 0,6 g/cm3, vorzugsweise 0,2 bis 0,5 g/cm3. Für die Verwendung der Folie als Separator weist die Folie im Allgemeinen einen Gurley Wert von 10 bis 500s, vorzugsweise einen Gurley Wert von 10 bis 200s auf. Der Bubble Point der Folie liegt im Allgemeinen nicht über 350nm, vorzugsweise im Bereich von 20 bis 300nm liegen und der mittlere Porendurchmesser im Allgemeinen im Bereich von 40 bis 100nm, bevorzugt im Bereich von 50 - 80nm liegen. The density of the β-porous film is generally in a range of 0.1 to 0.6 g / cm 3 , preferably 0.2 to 0.5 g / cm 3 . For the use of the film as a separator, the film generally has a Gurley value of 10 to 500 s, preferably a Gurley value of 10 to 200 s. The bubble point of the film is generally not more than 350 nm, preferably in the range from 20 to 300 nm, and the mean pore diameter is generally in the range from 40 to 100 nm, preferably in the range from 50 to 80 nm.
Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung der biaxial orientierten ß-porösen Folie. Nach diesem Verfahren wird die poröse Folie nach dem an sich bekannten Flachfolien-Extrusions- oder -Coextrusionsverfahren hergestellt. Im Rahmen dieses Verfahrens wird so vorgegangen, daß Propylen homopolymer und/oder Propylenblockcopolymer und ß-Nukleierungsmittel und gegebenenfalls weitere Polymere der jeweiligen Schicht vermischt, in einem Extruder aufgeschmolzen und, gegebenenfalls gemeinsam und gleichzeitig, durch eine Flachdüse auf eine Abzugswalze extrudiert oder coextrudiert wird/werden, auf der sich der ein- oder mehrschichtige Schmelzefilm unter Ausbildung der ß- Kristallite verfestigt und abkühlt. Die Abkühltemperaturen und Abkühlzeiten werden so gewählt, daß ein möglichst hoher Anteil an ß-kristallinem Polypropylen in der unverstreckten Vorfolie entsteht. Im Allgemeinen beträgt diese Temperatur der Abzugswalze oder der Abzugswalzen 60 bis 140°C, vorzugsweise 80 bis 130°C. Die Verweilzeit bei dieser Temperatur kann variieren und sollte mindestens 20 bis 300s, vorzugsweise 30 bis 100s betragen. Die so erhaltene Vorfolie enthält im allgemeinen einen Anteil an ß-Kristalliten von 40 - 95%, vorzugsweise 50 - 85%. The present invention further relates to a process for producing the biaxially oriented β-porous film. According to this method, the porous film is produced by the known flat film extrusion or coextrusion process. In this process, the procedure is such that propylene homopolymer and / or propylene block copolymer and ß-nucleating agent and optionally further polymers of the respective layer is mixed, melted in an extruder and, optionally together and simultaneously, extruded through a flat die on a take-off roll or coextruded / be on which solidifies the one- or multi-layer melt film to form the ß crystallites and cools. The cooling temperatures and cooling times are chosen so that the highest possible proportion of ß-crystalline polypropylene in the unstretched prefilm arises. In general, this temperature of the take-off roll or the take-off rolls is 60 to 140 ° C, preferably 80 to 130 ° C. The residence time at this temperature may vary and should be at least 20 to 300 seconds, preferably 30 to 100 seconds. The prefilm thus obtained generally contains a proportion of β-crystallites of 40-95%, preferably 50-85%.
Diese Vorfolie mit einem hohen Anteil an ß-kristallinem Polypropylen wird anschließend derart gestreckt, dass es bei der Verstreckung zu einer Umwandlung der ß-Kristallite in alpha-kristallines Polypropylen und zur Ausbildung einer netzwerkartigen porösen Struktur kommt. Erfindungsgemäß erfolgt zunächst eine Verstreckung der Vorfolie in Längsrichtung und anschließend eine simultane biaxiale Streckung bei der die Folie gleichzeitig längs (in Maschinenrichtung) und quer(senkrecht zur Maschinenrichtung) gestreckt (LISIM oder MESIM Verfahren). This prefilm with a high proportion of β-crystalline polypropylene is subsequently stretched such that upon stretching, the β-crystallites are converted into alpha-crystalline polypropylene and a network-like, porous structure is formed. According to the invention, first of all, the longitudinal direction of the prefilm is stretched and then a simultaneous biaxial stretching in which the film is simultaneously stretched longitudinally (in the machine direction) and transversely (perpendicular to the machine direction) (LISIM or MESIM method).
Für die erste Verstreckung nur in Längsrichtung wird die abgekühlte Vorfolie zunächst über eine oder mehrere Aufheizwalzen geführt, welche die Folie auf die geeignete Temperatur erwärmen. Im Allgemeinen beträgt diese Temperatur weniger als 140°C, vorzugsweise 70 bis 120°C. Das Längsstrecken erfolgt dann im Allgemeinen mit Hilfe zweier entsprechend dem angestrebten Streckverhältnis verschieden schnellaufender Walzen. Das Längs-Streckverhältnis liegt dabei in einem Bereich von 1 ,5:1 bis 6:1 , vorzugsweise 2:1 bis 5:1 . Gegebenenfalls kann zur Vermeidung einer zu hohen Orientierung in Längsrichtung der Breiteneinsprung beim Längsstrecken gering gehalten werden, beispielsweise durch die Einstellung eines vergleichsweise engen Streckspaltes. Die Länge des Streckspaltes beträgt für diese Ausführungsformen im Allgemeinen 3 bis 100mm, vorzugsweise 5 bis 50mm. Gegebenenfalls können auch fixierende Elemente, wie Breithalter zu einem geringen Breiteneinsprung beitragen. Der Einsprung sollte für diese Ausführungsformen unter 10%, vorzugsweise 0,5 - 8%, insbesondere 1 - 5% betragen. Nach der Längsverstreckung wird die Folie zunächst wieder über entsprechend temperierte Walzen abgekühlt oder bei der Temperatur gehalten. Nach der Längsverstreckung erfolgt in den sogenannten Aufheizfeldern wieder eine Erwärmung auf eine geeignete Strecktemperatur für die simultane Verstreckung in Längs- und Querrichtung. Diese biaxiale Verstreckung wird erfindungsgemäß simultan durchgeführt. Dabei wird die Folie gleichzeitig in Längsrichtung (d.h. in Maschinenrichtung=MD-Richtung) und in Querrichtung (d.h. senkrecht zur Maschinenrichtung=TD-Richtung) verstreckt. Während der simultanen Verstreckung kommt es zur Ausbildung einer netzwerkartigen porösen Struktur. Überraschenderweise bildet sich bei der simultanen Verstreckung die gewünschte netzwerkartige poröse Struktur aus, wobei gleichzeitig die Molekülketten der Polymermatrix orientiert werden. For the first stretching only in the longitudinal direction, the cooled prefilm is first passed over one or more heating rollers, which heat the film to the appropriate temperature. In general, this temperature is less than 140 ° C, preferably 70 to 120 ° C. The longitudinal stretching is then generally carried out with the help of two according to the desired stretch ratio of different fast-running rollers. The longitudinal draw ratio is in a range from 1, 5: 1 to 6: 1, preferably 2: 1 to 5: 1. Optionally, to avoid too high an orientation in the longitudinal direction of the width recess in the longitudinal sections are kept low, for example by setting a comparatively narrow stretch gap. The length of the stretched gap for these embodiments is generally 3 to 100 mm, preferably 5 to 50 mm. Optionally, also fixing elements, such as spreaders contribute to a small latitude. The jump should be less than 10%, preferably 0.5-8%, in particular 1-5% for these embodiments. After the longitudinal stretching, the film is first cooled again over appropriately tempered rolls or kept at the temperature. After the longitudinal stretching takes place in the so-called Aufheizfeldern again heating to a suitable stretching temperature for the simultaneous stretching in the longitudinal and transverse directions. This biaxial stretching is carried out simultaneously according to the invention. The film is stretched simultaneously in the longitudinal direction (ie in the machine direction = MD direction) and in the transverse direction (ie perpendicular to the machine direction = TD direction). During the simultaneous stretching, a network-like porous structure is formed. Surprisingly, in the simultaneous stretching, the desired network-like porous structure is formed, whereby at the same time the molecular chains of the polymer matrix are oriented.
Simultanstreckverfahren umfassen im Sinne der vorliegenden Erfindung Verfahren bei denen eine unverstreckte Vorfolie durch geeignete Vorrichtungen gleichzeitig in Längs- und Querrichtung verstreckt wird. Derartige Verfahren und Vorrichtungen zur Ausführung der Verfahren sind im Stand der Technik beispielsweise als LISIM oder als MESIM (Mechanische Simultan Verstreckung) Verfahren bekannt. LISIM Verfahren sind im Einzelnen in der EP 1 112 167 und EP 0 785 858 beschrieben, auf welche hiermit ausdrücklich Bezug genommen wird. Ein MESIM Verfahren wird in der US 2006/01 15548 beschrieben, auf welche gleichfalls ausdrücklich Bezug genommen wird. In einer weiteren, aber nicht bevorzugten Ausführungsform kann die ß-poröse Folie auch in einem sogenannten Karo-Rahmen erfolgen, bei dem eine zunächst separat hergestellte längsgestreckte Folie eingespannt, auf die gewünschte Temperatur erwärmt wird und dann durch Auseinanderziehen der Folie in beide Richtungen simultan in Längs- und Querrichtung verstreckt wird. (Scherengelenk) For the purposes of the present invention, simultaneous stretching processes include processes in which an unstretched prefilm is stretched simultaneously in the longitudinal and transverse direction by suitable devices. Such methods and devices for carrying out the methods are known in the art, for example as LISIM or as MESIM (Mechanical Simultaneous Drawing) methods. LISIM methods are described in detail in EP 1 112 167 and EP 0 785 858, to which reference is hereby expressly made. An MESIM method is described in US 2006/01 15548, to which reference is also expressly made. In a further, but not preferred embodiment, the β-porous film can also take place in a so-called diamond frame, in which a first separately prepared longitudinally stretched film is clamped, heated to the desired temperature and then by pulling the film in both directions simultaneously Longitudinal and transverse direction is stretched. (Articulated arms)
Nach dem LISIM® Verfahren erfolgt die Simultanverstreckung nach einem kontinuierlichen Simultanreckverfahren. Die längsgestreckte Folie wird hierbei in einen Reckofen mit einem Transportsystem befördert, welches nach dem LISIM® -Verfahren arbeitet. Dabei werden die Folienränder von sogenannten Kluppen erfasst, welche mitels eines Linearmotors angetrieben werden. Einzelne Kluppen, beispielsweise jede Drite, sind mit Permanentmagneten bestückt und dienen gleichzeitig als Sekundärteil eines Linearmotorantriebes. Über nahezu den ganzen umlaufenden Transportweg sind parallel zur Führungsschiene die Primärteile des Linearrmotorantriebes angeordnet. Die nicht-angetriebenen Kluppen dienen lediglich dazu, Folienkräfte quer zur Laufrichtung aufzunehmen und den Durchhang zwischen den Haltepunkten zu reduzieren. According to the LISIM ® method, the simultaneous stretching takes place according to a continuous simultaneous stretching method. The elongated film is transported in a stretching oven with a transport system, which works according to the LISIM ® method. The film edges are detected by so-called clips, which be driven by a linear motor. Individual clips, for example, each Drite, are equipped with permanent magnets and also serve as a secondary part of a linear motor drive. Over almost the entire circulating transport path, the primary parts of the linear motor drive are arranged parallel to the guide rail. The non-driven clips only serve to absorb film forces across the direction of travel and to reduce the sag between the stops.
Nachdem die Folienränder von den Kluppen erfasst sind durchläuft die längsgestreckte Folie eine Vorheizzone in der die Führungsschienen der Kluppen im Wesentlichen parallel verlaufen. In diesem Bereich des Reckofens wird die längsgestreckte Folie durch eine geeignete Heizvorrichtung, beispielsweise eine Konvektionsheizung oder IR-Strahler, von der Einlauftemperatur auf die Recktemperatur erwärmt. Danach beginnt der Simultanreckprozess, indem die voneinander unabhängigen Kluppenwagen in Folienlaufrichtung (MD) beschleunigt werden und somit separieren, d.h. ihren Abstand zueinander vergrößern. Auf diese Weise wird die Folie weiter in die Länge gestreckt. Gleichzeitig wird diesem Prozess eine Querstreckung überlagert und zwar dadurch, dass die Führungsschienen im Bereich der Kluppenbeschleunigung divergieren. After the film edges are gripped by the clips, the elongated film passes through a preheat zone in which the guide rails of the clips are substantially parallel. In this region of the stretching furnace, the elongated film is heated from the inlet temperature to the stretching temperature by a suitable heating device, for example a convection heater or IR radiator. Thereafter, the simultaneous stretching process begins by accelerating the mutually independent clip-on carriages in the direction of film travel (MD) and thus separating them, i. increase their distance from each other. In this way, the film is further stretched in length. At the same time, a transverse extension is superimposed on this process, specifically in that the guide rails diverge in the area of claw acceleration.
Danach wird die biaxial verstreckte Folie im Hinblick auf die gewünschten mechanischen Folieneigenschaften fixiert. Hierbei erfolgt eine Thermofixierung bei erhöhter Temperatur, bei der die Folie gegebenenfalls in Längs- oder Querrichtung kontrolliert im eingespannten Zustand geringfügig relaxiert. Besonders vorteilhaft kann das simultane Relaxieren in Längs- und Querrichtung sein. Hier wird die Geschwindigkeit der Kluppenwagen während oder im Anschluss an den Streckvorgang reduziert, wodurch sich deren Abstand zueinander reduziert und eine Relaxierung in Maschinenrichtung erfolgt. Relaxierung in Querrichtung wird durch konvergierende Führungsschienen des Transportsystems ermöglicht. In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung werden die Streckgeschwindigkeiten während des Streckprozesses variiert, bzw. angepasst. Diese Verfahrensvariante ermöglicht das LISIM Verfahren. Beispielsweise können die Kluppen beim Anstrecken der Folie, d.h. am Beginn des simultanen Streckprozesses, stärker beschleunigt werden, was zu einer schnellen Streckgeschwindigkeit zu Beginn des Streckvorganges führt oder nach dem Anstrecken zusätzlich beschleunigt werden, was nach einem moderaten Anstrecken anschießend zu einem schnelleren Ausstrecken der Folie im Rahmen führt. Durch Wahl dieser Parameter können sowohl Wirtschaftlichkeit als auch Produkteigenschaften beeinflusst werden. Thereafter, the biaxially stretched film is fixed in view of the desired mechanical film properties. Here, a heat setting at elevated temperature, in which the film is optionally slightly relaxed in the longitudinal or transverse direction in the clamped state takes place. Particularly advantageous may be the simultaneous relaxation in the longitudinal and transverse directions. Here, the speed of the clip-on wagon during or after the drawing process is reduced, which reduces their distance from each other and relaxation in the machine direction. Relaxation in the transverse direction is made possible by converging guide rails of the transport system. In a further embodiment of the invention, the drawing speeds are varied during the stretching process. This process variant enables the LISIM process. For example, the clips can be accelerated more strongly when stretching the film, ie at the beginning of the simultaneous stretching process, resulting in a fast stretching speed at the beginning of the stretching process or additionally accelerated after stretching, which after a moderate stretching anschießend to a faster stretching of the film in the frame leads. By choosing these parameters both economy and product properties can be influenced.
Nach dem MESIM® Verfahren erfolgt die Simultanverstreckung nach einem dem LISIM Verfahren äquivalenten Prinzip. Die längsgestreckte Folie wird hierbei ebenfalls in einem Reckofen mit einem Transportsystem aus Kluppen auf Führungsschienen befördert. Hierbei gibt es an jedem Folienrand ein Schienenpaar auf dem gegenüberliegende Kluppen und kluppenähnliche Elemente angeordnet und über ein Scherengelenk miteinander verbunden sind. Durch das Scherengelenk kann der Abstand der Kluppen zueinander variiert werden. In dem das Scherengelenk auseinander gezogen wird vergrößert sich der Abstand der Kluppen zueinander. Umgekehrt wird beim Zusammenfahren des Gelenkes der Abstand verringert. Im Reckofen sind die beiden Führungsschienen des jeweiligen Schienenpaares (mit Scherengelenk) konvergierend angeordnet, wodurch das Scherengelenk auseinandergezogen wird und die Kluppen in Laufrichtung der Folie beschleunigen und ihre Abstände zueinander vergrößern. Hierdurch wird die Folie weiter in die Länge gestreckt. Gleichzeitig erfolgt durch die divergierende Anordnung der Schienenpaare an jedem Folienrand eine gleichzeitige Querstreckung. According to the MESIM® method, the simultaneous stretching is carried out according to a principle equivalent to the LISIM method. The longitudinally stretched film is here also transported in a stretching oven with a transport system of clips on guide rails. Here, at each edge of the film, there is a pair of rails on the opposite clips and clip-like elements are arranged and connected to each other via a scissors joint. By the scissors joint, the distance between the clips can be varied. In which the scissors joint is pulled apart, the distance of the clips to each other increases. Conversely, the distance is reduced when moving the joint. In the stretching oven, the two guide rails of the respective pair of rails (with scissor joint) are arranged converging, whereby the scissor joint is pulled apart and accelerate the clips in the direction of the film and increase their distances from each other. As a result, the film is stretched further in length. At the same time takes place by the divergent arrangement of the rail pairs at each edge of the film, a simultaneous transverse extension.
In einer weiteren Variante kann die simultane Verstreckung auf einem Laborstreckrahmen erfolgen. Die längsgestreckte Folie wird hier auf die passende Größe zugeschnitten und in Kluppen eingespannt. Die Kluppen sind über Scherengelenke mit Schienen, die in Quer und Längsrichtung verlaufen, verbunden. Die Kluppen halten die längsgestreckte Folie an ihrer Längs- und Querseite. Der Rahmen wird nach Einklemmen der Folie geschlossen, dann wird die Folie im Rahmen über ein Heizgebläse eine bestimmte Vorheizzeit erwärmt und anschließend simultan in beide Richtungen verstreckt. Die Kluppen ziehen dafür über auseinanderfahrende Schienen die erwärmte Folie simultan auseinander. Über Geschwindigkeit und Weg des Auseinanderfahrens können so unterschiedliche Streckgeschwindigkeiten als auch unterschiedliche Streckverhältnisse realisiert werden. Nach dem der Streckvorgang beendet ist, kann die biaxial versreckte Folie der Vorrichtung direkt entnommen werden oder die Folie verweilt noch eine gewisse Zeit im eingespannten Zustand bei einer bestimmten Temperatur. Hierbei kann auch eine Relaxierung erfolgen. In a further variant, the simultaneous stretching can take place on a laboratory stretching frame. The stretched film is cut to the appropriate size and clamped in clips. The clips are connected via scissor joints with rails that run in the transverse and longitudinal directions. The clips hold the elongated film on its longitudinal and transverse sides. The Frame is closed after clamping the film, then the film is heated in the frame via a heater fan a certain preheating and then stretched simultaneously in both directions. For this purpose, the clips simultaneously pull apart the heated film over diverging rails. By speed and way of moving apart so different yield speeds and different stretch ratios can be realized. After the stretching operation is completed, the biaxially stretched film of the device can be removed directly or the film is still a certain time in the clamped state at a certain temperature. This can also be a relaxation.
Bei der simultanen Verstreckung nach dem vorstehend beschriebenen LISIM oder MESIM-Verfahren oder auf dem Laborreckrahmen wird die längsgestreckte Folie mit einem hohen Gehalt an ß-kristallinem Polypropylen in der Vorheizzone oder im Laborreckrahmen auf eine Strecktemperatur 90 bis 160 °C, vorzugsweise 110 bis 150°C erwärmt, bei welcher die simultane Verstreckung schließlich erfolgt. Die Streckverhältnisse können flexibel gewählt werden, so daß Folien mit unterschiedlichen Gurley-Werten je nach Einsatzgebiet erzielt werden können. Überraschenderweise läßt sich der Längsstreckfaktor bei der anschließenden Simultanverstreckung auf bis zu 10 (1000%), insbesondere auf bis zu 8 (80%) erhöhen und liegt damit deutlich über den technisch realisierbaren Längsstreckfaktoren bei einer sequentiellen Verstreckung. Vorzugsweise beträgt der Streckfaktor in Längsrichtung 3 (300%) bis 10 (1000%), insbesondere 4 (400%) bis 8 (800%). Trotz dieser überraschend hohen Längsverstreckung ist es gleichzeitig möglich die an sich bekannten Streckfaktoren in Querrichtung von bis zu 9 (900%), insbesondere von 4 (400%) bis 8 (800%) beizubehalten. Vorzugsweise beträgt der Streckfaktor in Querrichtung 5 (500%) bis 7 (700%), insbesondere 5 (500%) bis 6 (600%). Somit sind außergewöhnlich hohe Flächenstreckverhältnisse realisierbar. Derartige Flächenstreckverhältnisse sind bei einer sequentiellen Verstreckung nicht ansatzweise erreichbar. Es ist somit überraschend, daß insgesamt eine sehr hohe Längsverstreckung von ß- porösen Folien mittels der erfindungsgemäßen kombinierten Streckung (zunächst Längsstreckung und anschließend Simultanverstreckung) möglich ist. So liegt die Summe der Längsstreckfaktoren vorzugsweise in einem Bereich von 4 bis 15, insbesondere in einem Bereich von 5 bis 12. Durch die Kombination aus einer insgesamt extrem hohen Längsverstreckung und einer hohen Querverstreckung werden vergleichsweise hohe mechanische Festigkeiten erreicht, die bisher für biaxial verstreckte ß-poröse Folien nicht realisiert werden konnten. Die kombinierte Verstreckung ermöglicht somit überraschend hohe Flächenstreckverhältnisse, welche bisher für biaxial verstreckte ß-poröse Folien nicht erreicht wurden und die vorzugsweise im Bereich von 20 bis 100, insbesondere im Bereich von 30 bis 80, insbesondere im Bereich von 40 bis 70, liegen. In simultaneous drawing according to the above-described LISIM or MESIM method or on the laboratory stretching frame, the elongate film having a high content of β-crystalline polypropylene in the preheating zone or in the laboratory stretching frame is stretched to 90 to 160 ° C, preferably 110 to 150 ° C, at which the simultaneous stretching finally takes place. The stretch ratios can be chosen flexibly, so that films with different Gurley values can be achieved depending on the application. Surprisingly, the longitudinal stretching factor in the subsequent simultaneous stretching can be increased to up to 10 (1000%), in particular up to 8 (80%), and thus lies well above the technically feasible longitudinal stretching factors in a sequential drawing. Preferably, the stretch factor in the longitudinal direction is 3 (300%) to 10 (1000%), in particular 4 (400%) to 8 (800%). Despite this surprisingly high longitudinal draw, it is simultaneously possible to maintain the transverse stretching factors known per se of up to 9 (900%), in particular from 4 (400%) to 8 (800%). Preferably, the stretch factor in the transverse direction is 5 (500%) to 7 (700%), especially 5 (500%) to 6 (600%). Thus, exceptionally high surface stretch ratios can be realized. Such area stretching ratios are not approachable in a sequential stretching. It is therefore surprising that overall a very high longitudinal stretching of β-porous films by means of the combined stretching according to the invention (first longitudinal stretching and then simultaneous stretching) is possible. Thus, the sum of the longitudinal stretching factors is preferably in a range of 4 to 15, in particular in a range of 5 to 12. By combining a total of extremely high longitudinal stretching and a high transverse stretching comparatively high mechanical strengths are achieved, previously for biaxially stretched ß -porous films could not be realized. The combined stretching thus enables surprisingly high area stretching ratios, which hitherto have not been achieved for biaxially stretched β-porous films and which preferably lie in the range from 20 to 100, in particular in the range from 30 to 80, in particular in the range from 40 to 70.
Flächenstreckverhältniss=(Streckverhältniss MD [%]x Streckverhältniss TD [%])/100 Surface stretch ratio = (stretch ratio MD [%] x stretch ratio TD [%]) / 100
Zur Erzielung der gewünschten hohen Porositäten erfolgt die simultane Verstreckung mit einer moderaten bis langsamen Streckgeschwindigkeit von > 0 bis 40%/s, vorzugsweise in einem Bereich von 0,5 bis 30%/s, insbesondere 1 bis 15%/s. Die langsame simultane Verstreckung führt überraschenderweise zu einer höheren Porosität und höheren Durchlässigkeit bei gleichzeitiger guter Laufsicherheit der Folie. Die Streckgeschwindigkeit kann prinzipiell über die Verfahrensgeschwindigkeit an sich oder über die Länge des Streckrahmens variiert werden. Je schneller, (bzw. je langsamer) die Produktionsgeschwindigkeit bei der Herstellung der Folie (Verfahrensgeschwindigkeit) ist, desto höher (bzw. desto langsamer) ist auch die Streckgeschwindigkeit, jeweils bei einem gegebenen Streckfaktor. Alternativ kann die Verstreckung um den gleichen Faktor über einen längeren Weg, d.h. einen längeren Streckrahmen durchgeführt werden, um die Querstreckgeschwindigkeit zu verringern. To achieve the desired high porosities, the simultaneous drawing is carried out with a moderate to slow stretching speed of> 0 to 40% / s, preferably in a range of 0.5 to 30% / s, in particular 1 to 15% / s. The slow simultaneous stretching leads surprisingly to a higher porosity and higher permeability while maintaining good running safety of the film. The stretching speed can in principle be varied over the speed of the method itself or over the length of the stretching frame. The faster (or slower) the production speed of the film (process speed) is, the higher (or the slower) is the stretch rate, each at a given stretch factor. Alternatively, the stretch may be increased by the same factor over a longer path, i. a longer stretching frame are performed to reduce the transverse stretching speed.
Gegebenenfalls wird nach der simultanen Streckung eine Oberfläche der Folie nach einer der bekannten Methoden corona-, plasma- oder flammbehandelt. Abschließend erfolgt gegebenenfalls eine Thermofixierung (Wärmebehandlung), bei welcher die Folie etwa 5 bis 500s, vorzugsweise 10 bis 300s lang bei einer Temperatur von 110 bis 150°C, vorzugsweise bei 125 bis 145°C gehalten wird. Alternativ kann die Folie bei der erhöhten Temperatur in Längs- oder Querrichtung kontrolliert im eingespannten Zustand geringfügig relaxieren. Besonders vorteilhaft kann das simultane Relaxieren in Längs- und Querrichtung sein. Hier werden die Kluppenwagen verzögert, wodurch sich deren Abstand zueinander reduziert. Gleichzeitig läßt man die Führungsschienen des Transportsystems leicht konvergieren. Unter Konvergenz versteht man ein leichtes Zusammenfahren der Führungsschienen, so daß die maximale Breite des Rahmens, die am Ende des Streckprozesses gegeben ist, größer als die Breite am Ende der Thermofixierung ist. Entsprechendes gilt selbstverständlich für die Breite der Folienbahn. Der Grad des Zusammenlaufens des Streckrahmens wird als Konvergenz angegeben, die aus der maximalen Breite des Streckrahmens Bmax und der Endfolienbreite BFolie nach der folgenden Formel berechnet wird:
Figure imgf000022_0001
Optionally, after the simultaneous stretching, a surface of the film is corona, plasma or flame treated according to one of the known methods. Finally Optionally, a heat-setting (heat treatment) is carried out, in which the film is held at a temperature of 110 to 150 ° C, preferably at 125 to 145 ° C for about 5 to 500s, preferably for 10 to 300s. Alternatively, the film at the elevated temperature in the longitudinal or transverse direction controlled relax slightly in the clamped state. Particularly advantageous may be the simultaneous relaxation in the longitudinal and transverse directions. Here the clip-on wagons are decelerated, reducing their distance from each other. At the same time, the guide rails of the transport system are easily converged. By convergence is meant a slight collapse of the guide rails, so that the maximum width of the frame, which is given at the end of the stretching process, is greater than the width at the end of the heat-setting. The same applies, of course, for the width of the film web. The degree of convergence of the stretching frame is expressed as the convergence calculated from the maximum width of the stretching frame B max and the final film width B foil according to the following formula:
Figure imgf000022_0001
Die Relaxierung in Längsrichtung oder Konvergenz in Querrichtung liegt in einem Bereich 5 - 25%, insbesondere 8 bis 20% beträgt. Abschließend wird die Folie in üblicher Weise mit einer Aufwickeleinrichtung aufgewickelt. The relaxation in the longitudinal direction or convergence in the transverse direction is within a range of 5 to 25%, in particular 8 to 20%. Finally, the film is wound in the usual way with a winding device.
Unter den vorstehend genannten Verfahrensgeschwindigkeiten des Streckverfahrens wird diejenige Geschwindigkeit, z.B.in m/min, verstanden, mit der die Folie bei der abschließenden Aufwickelung läuft. By the above-mentioned process speeds of the drawing process is meant that speed, for example in m / min, with which the film runs during the final winding.
Die Verfahrensbedingungen bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung der porösen Folien unterscheiden sich von den Verfahrensbedingungen, die üblicherweise bei der Herstellung einer biaxial orientierten Folie eingehalten werden. Für die Erzielung einer hohen Porosität und Durchlässigkeit sind sowohl die Abkühlbedingungen bei der Verfestigung zur Vorfolie, als auch die Temperaturen und die Faktoren bei der Verstreckung kritisch. Zunächst muß durch entsprechend langsame und moderate Abkühlung, d.h. bei vergleichsweise hohen Temperaturen, ein hoher Anteil an ß-Kristalliten in der Vorfolie erzielt werden. Überraschenderweise werden die ß-Kristalle des Polypropylens während der kombinierten Verstreckung so in die alpha Modifikation umgewandelt, dass mit der abschließenden simultanen Verstreckung die poröse Netzwerkstruktur entsteht. Die erste Verstreckung in Längsrichtung leitet die Umwandlung von ß-Kristalliten in die alpha Kristallite ein und erzeugt eine geringe Anzahl von Störstellen in Form von Mikrorissen. Bei der sequentiellen Verstreckung hingegen müssen diese Störstellen zunächst während der Längsstreckung in ausreichender Anzahl und in der richtigen Form entstehen, wodurch die Verfahrensbedingungen bei der Längsstreckung nur in einem begrenzten Bereich variiert werden können. Erst bei der Querstreckung, werden nach diesem Stand der Technik die Störstellen zu Poren aufgerissen, so daß die charakteristische Netzwerkstruktur dieser porösen Folien entsteht. The process conditions in the process according to the invention for producing the porous films differ from the process conditions which are usually observed in the production of a biaxially oriented film. To achieve high porosity and permeability, both the cooling conditions when solidifying to the precursor film, and the temperatures and the factors involved in drawing are critical. First, through correspondingly slow and moderate cooling, ie at relatively high temperatures, a high proportion of ß crystallites in the pre-film can be achieved. Surprisingly, during the combined stretching, the β-crystals of the polypropylene are converted into the alpha modification in such a way that, with the final simultaneous stretching, the porous network structure is formed. The first stretch in the longitudinal direction initiates the conversion of β-crystallites into the alpha crystallites and generates a small number of defects in the form of microcracks. In the case of sequential drawing, on the other hand, these defects must initially be produced during the longitudinal stretching in sufficient numbers and in the correct form, whereby the process conditions during the longitudinal stretching can be varied only within a limited range. Only at the transverse extent, according to this prior art, the impurities are torn to pores, so that the characteristic network structure of these porous films is formed.
Das neue erfindungsgemäße Kombi-Verfahren initiiert eine geringe Anzahl von Störstellen während der ersten moderaten Längsverstreckung und erzeugt die Netzwerkstruktur mit den Poren während der simultanen Verstreckung und ermöglicht durch hohe Streckkräfte ß-poröse Folien mit sehr guten mechanischen Festigkeiten und hohen Porositäten in geringen Dicken effizient herzustellen. Die erfindungsgemäße ß-poröse Folie weißt daher eine hervorragende Kombination aus hoher Porosität und Durchlässigkeit, mechanischer Festigkeit, gute Laufsicherheit beim Herstellprozeß und geringer Spleißneigung in Längsrichtung auf. The novel combination process according to the invention initiates a small number of impurities during the first moderate longitudinal stretching and creates the network structure with the pores during the simultaneous stretching and allows high stretching forces to efficiently produce β-porous films with very good mechanical strengths and high porosities in small thicknesses , The β-porous film according to the invention therefore has an outstanding combination of high porosity and permeability, mechanical strength, good running safety in the production process and low splice tendency in the longitudinal direction.
Die Folie kann vorteilhaft in vielen Anwendungen eingesetzt werden, bei denen sehr hohe Durchlässigkeiten gefordert sind oder sich vorteilhaft auswirken. Beispielsweise als hochporöser Separator in Batterien, insbesondere in Lithium- Batterien mit hoher Anforderung an die Leistung. The film can be used advantageously in many applications in which very high permeabilities are required or have an advantageous effect. For example, as a highly porous separator in batteries, especially in lithium batteries with high performance requirements.
Zur Charakterisierung der Rohstoffe und der Folien wurden die folgenden Meßmethoden benutzt: Schmelzflußindex To characterize the raw materials and the films, the following measuring methods were used: melt Flow Index
Der Schmelzflußindex der Propylenpolymeren wurde nach DIN 53 735 bei 2,16 kg Belastung und 230 °C gemessen.  The melt flow index of the propylene polymers was measured according to DIN 53 735 at 2.16 kg load and 230 ° C.
Schmelzpunkt melting point
Der Schmelzpunkt ist im Sinne der vorliegenden Erfindung das Maximum der DSC Kurve. Zur Bestimmung des Schmelzpunkts wird eine DSC-Kurve mit einer Aufheiz- und Abkühlgeschwindigkeit von 10K/1 min im Bereich von 20 bis 200°C aufgenommen. Für die Bestimmung des Schmelzpunkts wird wie üblich die zweite Aufheizkurve nachdem mit 10K/1 min im Bereich von 200 bis 20°C abgekühlt wurde ausgewertet. ß-Gehalt der Vorfolie  The melting point in the context of the present invention is the maximum of the DSC curve. To determine the melting point, a DSC curve is recorded with a heating and cooling rate of 10 K / 1 min in the range of 20 to 200 ° C. For the determination of the melting point, as usual, the second heating curve after having been cooled at 10K / 1 min in the range of 200 to 20 ° C is evaluated. ß content of the prefilm
Die Bestimmung des ß-Gehaltes der Vorfolie erfolgt ebenfalls über eine DSC- Messung, die an der Vorfolie folgendermaßen durchgeführt wird: Die Vorfolie wird in der DSC zunächst mit einer Aufheizrate von 10K/min auf 220°C erhitzt und aufgeschmolzen und wieder abgekühlt Aus der 1 .Aufheizkurve wird der Kristallinitätsgrad Kß DSC als Verhältnis der Schmelzenthalpien der ß-kristallinen Phase (Hß) zu der Summe der Schmelzenthalpien von ß- und a-kristalliner Phase bestimmt.The determination of the β-content of the precursor film is likewise carried out by means of a DSC measurement which is carried out on the prefilmate film as follows: The precursor film is first heated to 220 ° C. in the DSC at a heating rate of 10 K / min and melted and cooled again 1 heating curve, the degree of crystallinity K ß DSC is determined as the ratio of the enthalpies of fusion of the β-crystalline phase (H ß ) to the sum of the enthalpies of fusion of ß- and a-crystalline phase.
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Dichte density
Die Dichte wird nach DIN 53 479, Verfahren A, bestimmt.  The density is determined according to DIN 53 479, method A.
Bubble Point: Bubble Point:
Der Bubble Point wurde nach der ASTM F316 gemessen. Durchstoßfestigkeit und Durchstoßdehnung: The bubble point was measured according to the ASTM F316. Puncture resistance and puncture elongation:
Durchstoßfestigkeit und Durchstoßdehnung wird wie in der ASTM F 1306 beschrieben ermittelt. Die gemessene Durchstoßfestigkeit dividiert durch die Foliendicke ergibt dann die relative Durchstoßfestigkeit in N/μm  Puncture resistance and puncture elongation is determined as described in ASTM F 1306. The measured puncture resistance divided by the film thickness then gives the relative puncture resistance in N / μm
Mechanische Festigkeit: Mechanic solidity:
Reißfestigkeiten, Reißdehnung und E-Modul werden mit einer gängigen Zugprüfmaschine nach der DIN EN ISO 527-1/-3 bestimmt. Für die Messungen in Längsrichtung werden Probestreifen in Maschinenrichtung und für die Messung in Querrichtung werden Probestreifen in Querrichtung ausgeschnitten.  Tear strengths, elongation at break and modulus of elasticity are determined using a standard tensile testing machine according to DIN EN ISO 527-1 / -3. For the measurements in the longitudinal direction, test strips in the machine direction and for the measurement in the transverse direction, test strips are cut out in the transverse direction.
Porosität porosity
Als Porosität wird die Dichtereduzierung der Folie gegenüber der
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As porosity, the density reduction of the film over the
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Dichte des reinen Polypropylens wie folgt berechnet: Density of pure polypropylene calculated as follows:
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Permeabilität / Durchlässigkeit (Gurley-Wert) Permeability / permeability (Gurley value)
Die Permeabilität der Folien wurde mit dem Gurley Tester 41 10, nach ASTM D 726-58 gemessen. Dabei wird die Zeit (in sec) bestimmt die 100 cm3 Luft benötigen, um durch die Folienfläche von 1 Inch2 (6,452 cm2) zu permeieren. Die Druck differenz über der Folie entspricht dabei dem Druck einer Wassersäule von 12,4 cm Höhe. Die benötigte Zeit entspricht dann dem Gurley-Wert. The permeability of the films was measured with the Gurley Tester 41 10, according to ASTM D 726-58. It determines the time (in seconds) that 100 cm 3 of air will take to permeate through the 1 inch 2 (6,452 cm 2 ) film surface. The pressure difference across the film corresponds to the pressure of a water column of 12.4 cm in height. The time required then corresponds to the Gurley value.
Beispiele: Examples:
Beispiel A: Herstellung der unverstreckten Vorfolie: Example A: Preparation of the unstretched prefilm
In einem Zweischneckenextruder wurde die folgende Rohstoffmischung bei 235°C aufgeschmolzen: Ca. 80 Gew.-% hochisotaktisches Propylenhomopolymerisat (PP) mit einer 13C- NMR Isotaktizität von 97% und einem n-heptanlöslichen Anteil von 2,5 Gew.-% (bezogen auf 100 % PP) und einem Schmelzpunkt von 165°C; und einem Schmelzflußindex von 2,5 g/10 min bei 230 °C und 2,16 kg Belastung (DIN 53 735) und In a twin-screw extruder, the following raw material mixture was melted at 235 ° C: Approximately 80% by weight of highly isotactic propylene homopolymer (PP) having a 13 C-NMR isotacticity of 97% and an n-heptane-soluble fraction of 2.5% by weight (based on 100% of PP) and a melting point of 165 ° C .; and a melt flow index of 2.5 g / 10 min at 230 ° C and 2.16 kg load (DIN 53 735) and
ca. 20 Gew.-% Propylen-Ethylen-Blockcopolymerisat mit einem Ethylenanteil von 5 Gew.-% bezogen auf das Blockcopolymer und einem MFI (230°C und 2,16 kg) von 6 g/10min und einem Schmelzpunkt (DSC) von 165°C eingesetzt und 0,04 Gew.-% Ca-Pimelat als ß-Nukleierungsmittel. about 20 wt .-% propylene-ethylene block copolymer having an ethylene content of 5 wt .-% based on the block copolymer and a MFI (230 ° C and 2.16 kg) of 6 g / 10min and a melting point (DSC) of 165 ° C used and 0.04 wt .-% Ca-pimelate as ß-nucleating agent.
Die Mischung enthielt zusätzlich Stabilisator und Neutralisationsmittel in üblichen geringen Mengen. The mixture additionally contained stabilizer and neutralizing agent in customary small amounts.
Die Schmelze wurde anschließend durch eine Breitschlitzdüse extrudiert und der heiße Schmelzefilm auf einer gekühlten Abzugswalze abgezogen. Zur Ausbildung der ß-Kristallmodifikation in der Vorfolie wurde eine Abzugswalzentemperatur von 120°C gewählt, die Abzugsgeschwindigkeit betrug dabei 2 m/min. Die Vorfolie wies eine ß-Kristallinität von 67% auf, welche mittels DSC bestimmt wurde. The melt was then extruded through a slot die and the hot melt film removed on a chill pick roll. To form the β-crystal modification in the prefilm a take-off roll temperature of 120 ° C was selected, the take-off speed was 2 m / min. The precursor had a β-crystallinity of 67%, which was determined by DSC.
Verfahrensparameter zu Herstellung der Vorfolie: Process parameters for producing the prefilm:
Extrusionstemperatur: 235 °C Extrusion temperature: 235 ° C
Schneckendrehzahl: 300 1/min  Screw speed: 300 1 / min
Abzug:  deduction:
Temperatur Abzugswalze : 120°C,  Temperature take-off roll: 120 ° C,
Abzugsgeschwindigkeit: 2 m/min Withdrawal speed: 2 m / min
Diese unverstreckte Vorfolie wurde als Ausgangsfolie in allen nachfolgenden Streckversuchen (Simultan und Sequentiell) eingesetzt. Beispiel 1 This undrawn prefilm was used as starting film in all subsequent stretching experiments (simultaneous and sequential). example 1
Die unverstreckte Vorfolie wurde zunächst über Vorheizwalzen auf ca. 1 10°C erwärmt und dann in Längsrichtung (MD Maschinenrichtung) um einen Faktor von 200% gestreckt, anschließend über Kühlwalzen auf 60°C abgekühlt. Die abgekühlte, längsgestreckte Folie wurde mit einer Geschwindigkeit von 4 m/min in den LISIM-Rahmen gefahren und ohne Verstreckung auf 140°C erwärmt. Die erwaärmet längsgestreckte Folie wurde dann simultan 550% quergestreckt und 350% längsgestreckt und mit einer Verfahrensgeschwindigkeit von 14 m/min aufgewickelt. The unstretched prefilm was first heated to approximately 110 ° C. by means of preheat rolls and then stretched in the longitudinal direction (MD machine direction) by a factor of 200%, then cooled to 60 ° C. by means of cooling rolls. The cooled, elongated film was run at a speed of 4 m / min into the LISIM frame and heated to 140 ° C without stretching. The heated longitudinally stretched film was then simultaneously stretched transversely and stretched 350% and wound at a speed of 14 m / min.
Es wurden folgenden Verfahrensbedingungen eingestellt: The following process conditions were set:
Streckbedingungen in MD: Stretching conditions in MD:
Strecktemperatur: 1 10 °C  Stretching temperature: 1 10 ° C
Längsstreckverhältnis: 200 [%]  Longitudinal stretch ratio: 200 [%]
Strecktemperatur im LISIM-Rahmen: 140 °C Stretching temperature in the LISIM frame: 140 ° C
Vorheizzeit 1 min  Preheating time 1 min
Längsstreckverhältnis: 350 [%]  Longitudinal stretch ratio: 350 [%]
Querstreckverhältnis: 550 [%]  Transverse stretch ratio: 550 [%]
Fixierung Temperatur 145°C  Fixation temperature 145 ° C
Fixierung Dauer 120 sec  Fixation duration 120 sec
Am Ende des Streckvorganges wurde eine einschichtige ß-poröse-Folie mit einer Dicke von 14 μm, einer Porosität von 49% und einem Gurley Wert von 345 s mit ausgezeichneten mechanischen Eigenschaften erzielt. At the end of the stretching process, a single-layer β-porous film with a thickness of 14 μm, a porosity of 49% and a Gurley value of 345 s was obtained with excellent mechanical properties.
Beispiel 2 Die unverstreckte Vorfolie wurde wie in Beispiel 1 beschrieben auf 1 10°C erwärmt und dann in Längsrichtung um einen Faktor von 250% gestreckt und anschließend über Kühlwalzen auf 60°C abgekühlt bevor sie dann simultan verstreckt wurde. Die abgekühlte, längsgestreckte Folie wurde mit einer Geschwindigkeit von 5 m/min im LISIM-Rahmen gefahren und ohne Verstreckung auf 140°C vorgeheizt und anschließend simultan 550% quergestreckt und 350% längsgestreckt und mit einer Verfahrensgeschwindigkeit von 17,5 m/min aufgewickelt Example 2 The unstretched prefilm was heated to 110 ° C. as described in Example 1 and then stretched in the longitudinal direction by a factor of 250% and then cooled to 60 ° C. by means of cooling rolls before being then simultaneously drawn. The cooled, longitudinally stretched film was run at a speed of 5 m / min in the LISIM frame and preheated without stretching to 140 ° C and then simultaneously 550% transversely stretched and 350% elongated and wound at a speed of 17.5 m / min
Es wurden folgenden Verfahrensbedingungen eingestellt: The following process conditions were set:
Streckbedingungen in MD: Stretching conditions in MD:
Strecktemperatur: 1 10 °C  Stretching temperature: 1 10 ° C
Längsstreckverhältnis: 250 [%]  Longitudinal stretch ratio: 250 [%]
Strecktemperatur im LISIM-Rahmen: 140 °C Stretching temperature in the LISIM frame: 140 ° C
Vorheizzeit 1 min  Preheating time 1 min
Längsstreckverhältnis: 350 [%]  Longitudinal stretch ratio: 350 [%]
Querstreckverhältnis: 550 [%]  Transverse stretch ratio: 550 [%]
Fixierung Temperatur 145°C  Fixation temperature 145 ° C
Fixierung Dauer 100 sec  Fixation duration 100 sec
AM Ende des Streckvorganges wurde eine einschichtige ß-poröse-Folie mit einer Dicke von 12 μm, einer Porosität von 45% und einem Gurley Wert von 486 s mit ausgezeichneten mechanischen Eigenschaften erzielt. At the end of the stretching process, a single-layer β-porous film with a thickness of 12 μm, a porosity of 45% and a Gurley value of 486 s was obtained with excellent mechanical properties.
Beispiel 3 Example 3
Die unverstreckte Vorfolie wurde wie in Beispiel 1 beschrieben auf 1 10°C erwärmt und dann in Längsrichtung um einen Faktor von 400% gestreckt und anschließend über Kühlwalzen auf 60°C abgekühlt bevor sie dann simultan verstreckt wurde. Die abgekühlte, längsgestreckte Folie wurde mit einer Geschwindigkeit von 8 m/min im LISIM-Rahmen gefahren und ohne Verstreckung auf 140°C vorgeheizt und anschließend simultan 550% quergestreckt und 350% längsgestreckt und mit einer Verfahrensgeschwindigkeit von 24m/min aufgewickelt Es wurden folgenden Verfahrensbedingungen eingestellt: The unstretched prefilm was heated to 110 ° C. as described in Example 1 and then stretched in the longitudinal direction by a factor of 400% and then cooled to 60 ° C. by means of cooling rolls before being then drawn simultaneously. The cooled, longitudinally stretched film was at a speed of 8 driven in the LISIM frame and preheated without stretching to 140 ° C and then simultaneously 550% transversely stretched and 350% longitudinally stretched and wound up at a speed of 24m / min. The following process conditions were set:
Streckbedingungen in MD: Stretching conditions in MD:
Strecktemperatur: 1 10 °C  Stretching temperature: 1 10 ° C
Längsstreckverhältnis: 400 [%]  Longitudinal stretching ratio: 400 [%]
Strecktemperatur im LISIM-Rahmen: 140 °C Stretching temperature in the LISIM frame: 140 ° C
Vorheizzeit 1 min  Preheating time 1 min
Längsstreckverhältnis: 300 [%]  Longitudinal stretch ratio: 300 [%]
Querstreckverhältnis: 550 [%]  Transverse stretch ratio: 550 [%]
Fixierung Temperatur 145°C  Fixation temperature 145 ° C
Fixierung Dauer 70 sec  Fixation duration 70 sec
Nach dem Ende des Streckvorganges wurde eine einschichtige ß-poröse-Folie mit einer Dicke von 9 μm, einer Porosität von 43% und einem Gurley Wert von 418 s mit ausgezeichneten mechanischen Eigenschaften erzielt. After the end of the stretching process, a single-layered β-porous film with a thickness of 9 μm, a porosity of 43% and a Gurley value of 418 s was obtained with excellent mechanical properties.
Die Prozeßparameter sind nachstehend in Tabelle 1 und die Folieneigenschaften in Tabelle 2 zusammengefasst. Tabelle 1: Prozessparameter Streckung The process parameters are summarized below in Table 1 and the film properties in Table 2. Table 1: Process parameters extension
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Tabelle 2: Separatoreigenschaften: Table 2: Separator properties:
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Claims

Patentansprüche claims
1. Biaxial orientierte, ein- oder mehrschichtige Folie mit mindestens einer porösen Schicht, wobei diese poröse Schicht mindestens ein Propylenpolymer und ß-Nukleierungsmittel enthält und die Porosität dieser poröse Schicht durch Umwandlung von ß-kristallinem Polypropylen beim Verstrecken der Folie erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, dass 1. A biaxially oriented, single or multilayer film having at least one porous layer, said porous layer containing at least one propylene polymer and β-nucleating agent and the porosity of said porous layer is produced by converting β-crystalline polypropylene during stretching of the film, characterized that
(1) die unverstreckte Vorfolie in Längsrichtung gestreckt und  (1) the unstretched prefilm stretched longitudinally and
(2) anschließend die längsgestreckte Folie simultan in Längsrichtung und in Querrichtung verstreckt wird.  (2) then the longitudinally stretched film is stretched simultaneously in the longitudinal direction and in the transverse direction.
2. Folie nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Gurley Wert kleiner 1000s Gurley beträgt. 2. A film according to claim 1, characterized in that the Gurley value is less than 1000s Gurley.
3. Folie nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Propylenpolymere ein Propylenhomopolymer und/oder ein Propylenblockcopolymer ist. 3. A film according to claim 1 or 2, characterized in that the propylene polymer is a propylene homopolymer and / or a propylene block copolymer.
4. Folie nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Nukleiierungsmittel ein Calciumsalz der Pimelinsäure und/oder der Suberinsäure oder ein nanoskaliges Eisenoxid ist. 4. A film according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the nucleating agent is a calcium salt of pimelic acid and / or suberic acid or a nanoscale iron oxide.
5. Folie nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Folie Propylenhomopolymer und Propylen-Blockcopolymer enthält 5. A film according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the film contains propylene homopolymer and propylene block copolymer
6. Folie nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Folie 50 bis 85 Gew.-% Propylenhomopolymer, 15 bis 50 Gew.-% Propylen- Blockcopolymer und 50 bis 10.000ppm ß-Nukleierungsmittel enthält. 6. A film according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the film contains 50 to 85 wt .-% propylene homopolymer, 15 to 50 wt .-% propylene block copolymer and 50 to 10,000 ppm ß-nucleating agent.
7. Folie nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichte der Folie in einem Bereich 0,1 bis 0,5 g/cm3 liegt. 7. A film according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the density of the film is in a range of 0.1 to 0.5 g / cm 3 .
8. Folie nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das die Folie eine Dicke von 3 bis 25μm, vorzugsweise 5 bis 10μm aufweist. 8. A film according to any one of claims 1 to 7, characterized in that the film has a thickness of 3 to 25μm, preferably 5 to 10μm.
9. Folie nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Reißfestigkeit in Längsrichtung > 80 N/mm2 beträgt. 9. A film according to any one of claims 1 to 7, characterized in that the tensile strength in the longitudinal direction> 80 N / mm 2 .
10. Verfahren zur Herstellung einer einschichtigen oder mehrschichtigen ß- porösen Polypropylenfolie bei welchem Propylenpolymere und ß-Nukleierungsmittel in einem Extruder aufgeschmolzen und durch eine Flachdüse auf eine Abzugswalze extrudiert wird, auf der sich der Schmelzefilm unter Ausbildung von ß-Kristalliten abkühlt und verfestigt und 10. A process for producing a single-layer or multilayer ß- porous polypropylene film in which propylene polymers and ß-nucleating agent is melted in an extruder and extruded through a flat die onto a take-off roll on which the melt film cools and solidifies to form ß-crystallites and
(1 ) die unverstreckte Vorfolie in Längsrichtung gestreckt und  (1) the unstretched prefilm stretched longitudinally and
(2) anschließend die längsgestreckte Folie simultan in Längsrichtung und in Querrichtung verstreckt wird.  (2) then the longitudinally stretched film is stretched simultaneously in the longitudinal direction and in the transverse direction.
1 1. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass bei der simultanen Verstreckung mit einer Streckgeschwindigkeit von weniger als 40%/sec verstreckt wird. 1 1. A method according to claim 10, characterized in that is drawn in the simultaneous drawing with a stretching speed of less than 40% / sec.
12. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass erst mit einer Streckgeschwindigkeit von weniger 40%/sec verstreckt wird und anschließend mit einer Streckgeschwindigkeit von mehr als 40%/sec verstreckt wird. 12. The method according to claim 10, characterized in that is stretched only at a stretching speed of less than 40% / sec and then stretched at a stretching speed of more than 40% / sec.
13. Verwendung einer Folie nach einem der Ansprüche 1 bis 9 als Separator in einem Energiespeicher. 13. Use of a film according to one of claims 1 to 9 as a separator in an energy store.
14. Verwendung einer Folie hergestellt nach einem Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12 als Separator in einem Energiespeicher. 14. Use of a film produced by a method according to any one of claims 10 to 12 as a separator in an energy store.
15. Elektrochemischer Energiespeicher enthaltend eine Folie nach einem der Ansprüche 1 bis 9. 15. Electrochemical energy store containing a film according to one of Claims 1 to 9.
16. Elektrochemischer Energiespeicher enthaltend eine Folie hergestellt nach einem Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12. 16. An electrochemical energy store containing a film produced by a method according to one of claims 10 to 12.
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