JP4839882B2 - Sheet made of polyolefin resin composition, porous film, and battery separator - Google Patents
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Description
本発明はポリオレフィン系樹脂組成物からなるシート、多孔性フィルムおよび電池用セパレータに関する。 The present invention relates to a sheet comprising a polyolefin resin composition, a porous film, and a battery separator.
多孔性フィルムはオムツや医療用シート、電池セパレータ等の各種用途に使用されている。中でも電池セパレータとして用いられる多孔性フィルムには、膜厚が薄く、かつ均一であることが求められる。このような多孔性フィルムとして、重量平均分子量が5×105以上の高分子量ポリオレフィンと、重量平均分子量が2×104以下の熱可塑性樹脂と、微粒子とを混練し、シート状に成形した後、該シートを延伸してなる多孔性フィルムが開示されている(特許文献1参照)。 Porous films are used in various applications such as diapers, medical sheets, and battery separators. In particular, a porous film used as a battery separator is required to be thin and uniform. As such a porous film, a high molecular weight polyolefin having a weight average molecular weight of 5 × 10 5 or more, a thermoplastic resin having a weight average molecular weight of 2 × 10 4 or less, and fine particles are kneaded and formed into a sheet shape. A porous film formed by stretching the sheet is disclosed (see Patent Document 1).
しかしながら特許文献1に記載された方法で多孔性フィルムを製造する場合に、従来の無機充填剤を用いた場合には、得られる多孔性フィルムに薄肉部が発生してしまうことがあった。本発明は、薄肉部がなく均質な多孔性フィルムの製造に適した、ポリオレフィン系樹脂および無機充填剤を含有するポリオレフィン系樹脂組成物からなるシートを提供することを目的とする。また本発明は、薄肉部がなく均質な多孔性フィルムおよび積層多孔性フィルムを提供することを目的とする。さらに本発明は、薄肉部がなく均質な電池用セパレータを提供することを目的とする。 However, when a porous film is produced by the method described in Patent Document 1, when a conventional inorganic filler is used, a thin portion may occur in the obtained porous film. An object of this invention is to provide the sheet | seat which consists of polyolefin resin composition containing a polyolefin resin and an inorganic filler suitable for manufacture of a homogeneous porous film without a thin part. Another object of the present invention is to provide a homogeneous porous film and laminated porous film having no thin portion. Furthermore, an object of the present invention is to provide a homogeneous battery separator having no thin portion.
すなわち本発明は、ポリオレフィン系樹脂100重量部と、該ポリオレフィン系樹脂100重量部に対し無機充填剤を100〜400重量部含有するポリオレフィン系樹脂組成物からなるシートであって、前記無機充填剤の平均粒子径が0.02〜1μmであり、かつ該無機充填剤中に含有される酸不溶部が200ppm以下であるポリオレフィン系樹脂組成物からなるシートである。また本発明は、前記多孔性フィルムに、セラミックス粉末と窒素元素を含む耐熱樹脂とを含む耐熱樹脂層が積層されてなる積層多孔性フィルムである。さらに本発明は、電池用セパレータである前記多孔性フィルムまたは積層多孔性フィルムである。 That is, the present invention is a sheet comprising a polyolefin resin composition containing 100 parts by weight of a polyolefin resin and 100 to 400 parts by weight of an inorganic filler with respect to 100 parts by weight of the polyolefin resin, The sheet is made of a polyolefin resin composition having an average particle diameter of 0.02 to 1 μm and an acid insoluble part contained in the inorganic filler of 200 ppm or less. Moreover, this invention is a laminated porous film by which the heat resistant resin layer containing ceramic powder and the heat resistant resin containing a nitrogen element is laminated | stacked on the said porous film. Furthermore, this invention is the said porous film or laminated porous film which is a battery separator.
本発明のポリオレフィン系樹脂組成物からなるシートを用いて、多孔性フィルムを製造することにより、薄肉部がなく均質な多孔性フィルムを製造することができる。また本発明の多孔性フィルム、積層多孔性フィルムおよび電池用セパレータは、いずれも薄肉部がなく均質なものである。
By producing a porous film using a sheet comprising the polyolefin resin composition of the present invention, a homogeneous porous film having no thin portion can be produced. In addition, the porous film, laminated porous film and battery separator of the present invention are all homogeneous with no thin portions.
本発明のシートは、ポリオレフィン系樹脂100重量部と、該ポリオレフィン系樹脂100重量部に対し無機充填剤を100〜400重量部含有するポリオレフィン系樹脂組成物からなる。ポリオレフィン系樹脂組成物中の無機充填剤含有量は、ポリオレフィン系樹脂100重量部に対し好ましくは150〜350重量部である。ポリオレフィン系樹脂組成物中の無機充填剤の量が100重量部未満の場合には、該ポリオレフィン系樹脂組成物からなるシートから無機充填剤を除去して多孔性フィルムを製造する場合に、無機充填剤を短時間で除去することが困難となる傾向があり、一方300重量部を越える場合には、シート強度が弱くなり、取り扱いが困難になる傾向がある。 The sheet of the present invention comprises a polyolefin resin composition containing 100 parts by weight of a polyolefin resin and 100 to 400 parts by weight of an inorganic filler with respect to 100 parts by weight of the polyolefin resin. The inorganic filler content in the polyolefin resin composition is preferably 150 to 350 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the polyolefin resin. When the amount of the inorganic filler in the polyolefin resin composition is less than 100 parts by weight, the inorganic filler is removed when the inorganic filler is removed from the sheet made of the polyolefin resin composition to produce a porous film. It tends to be difficult to remove the agent in a short time. On the other hand, when it exceeds 300 parts by weight, the sheet strength tends to be weak and the handling tends to be difficult.
本発明におけるポリオレフィン系樹脂組成物からなるシートの厚みは、通常5〜200μmであり、好ましくは5〜100μmである。このような厚みのシートは、該シートから無機充填剤を除去して多孔性フィルムを製造する場合に無機充填剤を短時間で効率よく除去することができ、かつ該シートを延伸する場合に延伸しやすい。 The thickness of the sheet comprising the polyolefin resin composition in the present invention is usually 5 to 200 μm, preferably 5 to 100 μm. A sheet having such a thickness can be removed efficiently in a short time when the inorganic filler is removed from the sheet to produce a porous film, and the sheet is stretched when the sheet is stretched. It's easy to do.
本発明で用いる無機充填剤の平均粒子径は0.02〜1μmであり、好ましくは0.05〜0.8μmであり、さらに好ましくは0.05〜0.5μmである。無機充填剤の平均粒子径が1μmを超える場合には、該無機充填剤を含むポリオレフィン系樹脂組成物からなるシートを用いて多孔性フィルムを製造する場合に、得られる多孔性フィルムはイオン通過性に劣るものとなる。無機充填剤の平均粒子径が0.02μm未満の場合には、無機充填剤が均一に分散されたシートを得ることが困難となり、このようなシートを用いて得られる多孔性フィルムには、ピンホール(小さな穴)や薄肉部が生じたり、延伸時に破膜してしまう。なお無機充填剤の平均粒子径とは、走査型電子顕微鏡 SEM(日立製 S−4200)を用いて30000倍の大きさの視野内に認められる粒子の直径の平均値である。 The average particle size of the inorganic filler used in the present invention is 0.02 to 1 μm, preferably 0.05 to 0.8 μm, and more preferably 0.05 to 0.5 μm. When the average particle diameter of the inorganic filler exceeds 1 μm, when the porous film is produced using a sheet made of a polyolefin resin composition containing the inorganic filler, the resulting porous film is ion-permeable. It becomes inferior to. When the average particle size of the inorganic filler is less than 0.02 μm, it is difficult to obtain a sheet in which the inorganic filler is uniformly dispersed. The porous film obtained using such a sheet has a pin Holes (small holes) and thin-walled parts are formed, or film breaks during stretching. In addition, the average particle diameter of an inorganic filler is an average value of the diameter of the particle | grains recognized in the 30000 time large visual field using a scanning electron microscope SEM (Hitachi S-4200).
本発明で用いられる無機充填剤は、酸不溶部の含有量が200ppm以下、好ましくは150ppm以下、さらに好ましくは100ppm以下の無機充填剤である。本発明において酸不溶部の含有量が200ppmを越える無機充填剤を用いた場合には、該無機充填剤を含むポリオレフィン系樹脂組成物からなるシートを用いて多孔性フィルムを製造すると、得られる多孔性フィルムに薄肉部が生じてしまう。 The inorganic filler used in the present invention is an inorganic filler having an acid insoluble part content of 200 ppm or less, preferably 150 ppm or less, more preferably 100 ppm or less. In the present invention, when an inorganic filler having an acid-insoluble part content of more than 200 ppm is used, a porous film can be obtained by producing a porous film using a sheet made of a polyolefin resin composition containing the inorganic filler. A thin-walled portion will occur in the adhesive film.
本発明で用いられる無機充填剤としては、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、炭酸バリウム、酸化亜鉛、酸化カルシウム、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、水酸化カルシウム、硫酸カルシウム等の本質的に酸に溶解するものが挙げられる。安価であること、用途に応じて種々の粒子径のものを入手しやすいこと、後の工程で該無機充填剤を除去する場合に酸性水溶液等で容易に除去できることから、本発明では炭酸カルシウムを用いることが好ましく、沈降炭酸カルシウムを用いることがより好ましい。 Examples of the inorganic filler used in the present invention include calcium carbonate, magnesium carbonate, barium carbonate, zinc oxide, calcium oxide, aluminum hydroxide, magnesium hydroxide, calcium hydroxide, and calcium sulfate, which are essentially soluble in acids. Is mentioned. In the present invention, calcium carbonate is used because it is inexpensive, easily available in various particle sizes depending on the application, and easily removed with an acidic aqueous solution when the inorganic filler is removed in a later step. It is preferable to use precipitated calcium carbonate, and more preferable to use precipitated calcium carbonate.
本発明で用いる無機充填剤は、ポリオレフィン系樹脂中への分散性や、該無機充填剤を含むシートを延伸する際の延伸性の観点から、表面処理が実施されていることが好ましい。表面処理剤としては、例えばパルミチン酸、オレイン酸、ステアリン酸、オクタデカン酸、ラウリル酸、ミリスチン酸等の高級脂肪酸およびその混合物またはそれらの金属塩等を挙げることができる。またこれらに加えて、オレイン酸エチル、パルミ酸エチルステアリン酸エチル等の高級脂肪酸エステルを表面処理剤として少量併用してもよい。無機充填剤に表面処理する場合に用いる表面処理剤は、無機充填剤100重量部に対して1〜10重量部程度とすることが好ましい。 The inorganic filler used in the present invention is preferably subjected to a surface treatment from the viewpoint of dispersibility in a polyolefin-based resin and stretchability when a sheet containing the inorganic filler is stretched. Examples of the surface treatment agent include higher fatty acids such as palmitic acid, oleic acid, stearic acid, octadecanoic acid, lauric acid, myristic acid, mixtures thereof, and metal salts thereof. In addition to these, a small amount of higher fatty acid esters such as ethyl oleate and ethyl stearate may be used in combination as a surface treatment agent. It is preferable that the surface treatment agent used for the surface treatment of the inorganic filler is about 1 to 10 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the inorganic filler.
無機充填剤に含まれる酸不溶部は、原料そのものに含まれる不純物や、無機充填剤製造工程において混入した不純物であると推定される。無機充填剤に含まれる酸不溶部は、量は極めて少ないものの、比較的径の大きいものが多い。酸不溶部が200ppm以下である無機充填剤を得るためには、例えば市販の無機微粒子を粒子径の大きいものと小さいものとに分級して得られる粒子径の小さい無機充填剤を挙げることができる。分級方法は特に限定はなく公知の風力分級機、メッシュ分級機、サイクロン分級機など乾式分級機を用いることができるが、風力分級機を用いることが好ましい。風力分級とは、無機充填剤を分級ローターに投入し、該分級ローターを回転させて、遠心力と気流による向心力を無機微粒子に与え、これらのバランスによって粒子径の大きい粗粉と粒子径の小さい微粉に分ける方法である。分級点の変更は風量および回転数の変更で容易に行える。分級点は0.5〜50μmとすることが好ましく、1〜20μmとすることがさらに好ましい。分級点は下式によって決定することができる。
D=c/ν√(Q/ρ)
ここで、D:分級点(μm)c:定数、ν:回転数(rmp)、Q:風量(m2/h)
上式において定数cは装置によって決定される値である。
It is estimated that the acid insoluble part contained in the inorganic filler is an impurity contained in the raw material itself or an impurity mixed in the inorganic filler manufacturing process. Although the amount of the acid-insoluble part contained in the inorganic filler is extremely small, many of them have a relatively large diameter. In order to obtain an inorganic filler having an acid-insoluble portion of 200 ppm or less, for example, an inorganic filler having a small particle size obtained by classifying commercially available inorganic fine particles into one having a large particle size and one having a small particle size can be mentioned. . The classification method is not particularly limited, and a dry classifier such as a well-known air classifier, mesh classifier, or cyclone classifier can be used, but an air classifier is preferably used. In wind classification, an inorganic filler is put into a classification rotor, the classification rotor is rotated, and centrifugal force and centripetal force due to airflow are applied to the inorganic fine particles. It is a method of dividing into fine powder. The classification point can be easily changed by changing the air volume and the rotation speed. The classification point is preferably 0.5 to 50 μm, and more preferably 1 to 20 μm. The classification point can be determined by the following equation.
D = c / ν√ (Q / ρ)
Where D: classification point (μm) c: constant, ν: rotational speed (rmp), Q: air volume (m 2 / h)
In the above equation, the constant c is a value determined by the apparatus.
本発明で用いられるポリオレフィン系樹脂としては、エチレン、プロピレン、ブテン、ヘキセンなどの各オレフィンの単独重合体やこれらモノマー同士、あるいはこれらモノマーと非オレフィン系モノマーとの共重合体が挙げられる。ポリオレフィン系樹脂の具体例としては、低密度ポリエチレン、線状ポリエチレン(エチレン−α−オレフィン共重合体)、高密度ポリエチレン等のエチレン系樹脂、ポリプロピレン、エチレン−プロピレン共重合体等のプロピレン系樹脂、ポリ(4−メチルペンテン−1)、ポリ(ブテン−1)、エチレン−酢酸ビニル共重合体が挙げられる。本発明の多孔性フィルムを電池用セパレータとして用いる場合には、シャットダウン温度を120〜150℃程度とすることができることから、ポリオレフィン系樹脂はエチレン系樹脂であることが好ましい。 Examples of the polyolefin resin used in the present invention include homopolymers of olefins such as ethylene, propylene, butene, and hexene, copolymers of these monomers, and copolymers of these monomers and non-olefin monomers. Specific examples of the polyolefin resin include low density polyethylene, linear polyethylene (ethylene-α-olefin copolymer), ethylene resin such as high density polyethylene, and propylene resin such as polypropylene and ethylene-propylene copolymer. Examples include poly (4-methylpentene-1), poly (butene-1), and ethylene-vinyl acetate copolymer. When the porous film of the present invention is used as a battery separator, the polyolefin resin is preferably an ethylene resin because the shutdown temperature can be about 120 to 150 ° C.
本発明で用いるポリオレフィン系樹脂は、分子鎖長が2850nm以上のポリオレフィン(以下、超高分子鎖長ポリオレフィンと称する)を含有することが好ましい。このような超高分子鎖長ポリオレフィンを含むポリオレフィン系樹脂を用いることにより、該ポリオレフィン系樹脂を含むポリオレフィン系樹脂組成物からなるシートから無機充填剤を除去して得られる多孔性フィルムは、強度に優れるものとなり、特に電池用セパレータとして用いた場合には内部抵抗の小さい電池とすることができる。ポリオレフィン系樹脂中に含まれる超高分子鎖長ポリオレフィンは、該ポリオレフィン系樹脂中10重量%以上であることが好ましく、20重量%以上であることがより好ましく、30重量%以上であることがさらに好ましい。 The polyolefin resin used in the present invention preferably contains a polyolefin having a molecular chain length of 2850 nm or more (hereinafter referred to as an ultra-high molecular chain length polyolefin). A porous film obtained by removing inorganic filler from a sheet made of a polyolefin resin composition containing the polyolefin resin by using a polyolefin resin containing such an ultra-high molecular chain length polyolefin has high strength. In particular, when used as a battery separator, a battery having a low internal resistance can be obtained. The ultra high molecular chain length polyolefin contained in the polyolefin resin is preferably 10% by weight or more in the polyolefin resin, more preferably 20% by weight or more, and further preferably 30% by weight or more. preferable.
本発明で用いるポリオレフィン系樹脂組成物は、重量平均分子量が700〜6000のオレフィン系ワックスを含むことが好ましい。オレフィン系ワックスは、通常25℃で固体状のものである。ワックスを含むポリオレフィン系樹脂組成物は、延伸性が向上し、かつ得られる多孔性フィルムは強度に優れるものとなる。ポリオレフィン系樹脂組成物中のオレフィン系ワックスの含有量は、該樹脂組成物に含まれるポリオレフィン系樹脂100重量部に対し、5〜100重量部であることが好ましく、10〜70重量部であることがさらに好ましい。 The polyolefin resin composition used in the present invention preferably contains an olefin wax having a weight average molecular weight of 700 to 6000. Olefinic wax is usually solid at 25 ° C. The polyolefin resin composition containing a wax has improved stretchability, and the resulting porous film has excellent strength. The content of the olefin wax in the polyolefin resin composition is preferably 5 to 100 parts by weight, and preferably 10 to 70 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the polyolefin resin contained in the resin composition. Is more preferable.
オレフィン系ワックスの例としては、低密度ポリエチレン、線状ポリエチレン(エチレン−α−オレフィン共重合体)、高密度ポリエチレン等のエチレン系樹脂ワックス、ポリプロピレン、エチレン−プロピレン共重合体等のプロピレン系樹脂ワックス、ポリ(4 −メチルペンテン−1)、ポリ(ブテン−1)およびエチレン−酢酸ビニル共重合体のワックスなどが挙げられる。 Examples of olefin waxes include ethylene resin waxes such as low density polyethylene, linear polyethylene (ethylene-α-olefin copolymer), high density polyethylene, and propylene resin waxes such as polypropylene and ethylene-propylene copolymer. , Poly (4-methylpentene-1), poly (butene-1), and ethylene-vinyl acetate copolymer wax.
本発明において、ポリオレフィン系樹脂やオレフィン系ワックスの分子鎖長、重量平均分子鎖長、分子量及び重量平均分子量はGPC(ゲルパーミエーションクロマトグラフィー)により測定することができる。また、特定のポリオレフィン系樹脂中の超高分子鎖長ポリオレフィンの含有量(重量%)は、GPC測定により得られる分子量分布曲線の積分により求めることができる。 In the present invention, the molecular chain length, weight average molecular chain length, molecular weight, and weight average molecular weight of a polyolefin resin or olefin wax can be measured by GPC (gel permeation chromatography). In addition, the content (% by weight) of the ultra-high molecular chain length polyolefin in the specific polyolefin resin can be obtained by integration of a molecular weight distribution curve obtained by GPC measurement.
ポリオレフィン系樹脂の分子鎖長は、GPC(ゲルパーミエーションクロマトグラフィー)測定によるポリスチレン換算の分子鎖長であり、より具体的には以下の手順で求められるパラメータである。GPC測定の移動相としては、測定する未知試料も分子量既知の標準ポリスチレンも溶解することができる溶媒を使用する。まず、分子量が異なる複数種の標準ポリスチレンのGPC測定を行い、各標準ポリスチレンの保持時間を求める。ポリスチレンのQファクターを用いて各標準ポリスチレンの分子鎖長を求め、これにより、各標準ポリスチレンの分子鎖長とそれに対応する保持時間を知る。なお、標準ポリスチレンの分子量、分子鎖長およびQファクターは下記の関係にある。
分子量=分子鎖長×Qファクター
次に未知試料のGPC測定を行い、保持時間−溶出成分量曲線を得る。標準ポリスチレンのGPC測定において、保持時間Tであった標準ポリスチレンの分子鎖長をLとするとき、未知試料のGPC測定において保持時間Tであった成分の「ポリスチレン換算の分子鎖長」をLとする。この関係を用いて、当該未知試料の前記保持時間−溶出成分量曲線から、当該未知試料のポリスチレン換算の分子鎖長分布(ポリスチレン換算の分子鎖長と溶出成分量との関係)が求められる。
The molecular chain length of the polyolefin resin is a molecular chain length in terms of polystyrene as measured by GPC (gel permeation chromatography), and more specifically is a parameter determined by the following procedure. As a mobile phase for GPC measurement, a solvent capable of dissolving both an unknown sample to be measured and standard polystyrene having a known molecular weight is used. First, GPC measurement of a plurality of types of standard polystyrenes having different molecular weights is performed to determine the retention time of each standard polystyrene. The molecular chain length of each standard polystyrene is determined using the polystyrene Q factor, and thereby the molecular chain length of each standard polystyrene and the corresponding retention time are known. The molecular weight, molecular chain length, and Q factor of standard polystyrene are in the following relationship.
Molecular weight = molecular chain length × Q factor Next, GPC measurement of an unknown sample is performed to obtain a retention time-eluting component amount curve. In the standard polystyrene GPC measurement, when the molecular chain length of the standard polystyrene that was the holding time T is L, the “polystyrene converted molecular chain length” of the component that was the holding time T in the GPC measurement of the unknown sample is L. To do. Using this relationship, the polystyrene-reduced molecular chain length distribution of the unknown sample (relation between the polystyrene-reduced molecular chain length and the eluted component amount) is determined from the retention time-eluted component amount curve of the unknown sample.
本発明において、ポリオレフィン系樹脂中の分子鎖長が2850nm以上のポリオレフィン量は、上記の方法で求めた分子鎖長−溶出成分量曲線を全範囲について積分した値に対する、分子鎖長2850nm以上に該当する範囲について積分した値の割合として求めることができる。 In the present invention, the amount of polyolefin having a molecular chain length of 2850 nm or more in the polyolefin resin corresponds to a molecular chain length of 2850 nm or more with respect to the value obtained by integrating the molecular chain length-elution component amount curve obtained by the above method over the entire range. It can be obtained as a ratio of values integrated over the range to be performed.
本発明におけるポリオレフィン系樹脂組成物の製造方法は特に限定されないが、ポリオレフィン系樹脂や無機充填剤等のポリオレフィン系樹脂組成物を構成する材料を混合装置、例えばロール、バンバリーミキサー、一軸押出機、二軸押出機などを用いて混合し、ポリオレフィン系樹脂組成物を得る。材料を混合する際に、必要に応じて酸化防止剤や非イオン性界面活性剤、紫外線吸収剤、難燃剤、脂肪酸エステル、安定化剤等の添加剤を添加してもよい。 The method for producing the polyolefin resin composition in the present invention is not particularly limited, but a material constituting the polyolefin resin composition such as a polyolefin resin or an inorganic filler is mixed with a mixing device such as a roll, a Banbury mixer, a single screw extruder, two A polyolefin resin composition is obtained by mixing using a shaft extruder or the like. When mixing the materials, additives such as an antioxidant, a nonionic surfactant, an ultraviolet absorber, a flame retardant, a fatty acid ester, and a stabilizer may be added as necessary.
本発明のポリオレフィン系樹脂組成物からなるシートの製造方法は特に限定されるものではなく、インフレーション加工、カレンダー加工、Tダイ押出加工、スカイフ法等のシート成形方法により製造することができる。表面平滑性に優れ、かつ膜厚精度の高いシートが得られることから、下記の方法により製造することが好ましい。特にポリオレフィン系樹脂組成物中のポリオレフィン系樹脂が、超高分子鎖長ポリオレフィンを含む場合には、下記の方法によりシートを製造することが好ましい。 The manufacturing method of the sheet | seat which consists of polyolefin resin composition of this invention is not specifically limited, It can manufacture by sheet | seat shaping | molding methods, such as an inflation process, a calendar process, T-die extrusion process, and a Skyf method. Since a sheet having excellent surface smoothness and high film thickness accuracy can be obtained, it is preferably produced by the following method. In particular, when the polyolefin resin in the polyolefin resin composition contains an ultra high molecular chain length polyolefin, it is preferable to produce a sheet by the following method.
ポリオレフィン系樹脂組成物からなるシートの好ましい製造方法とは、ポリオレフィン系樹脂組成物に含有されるポリオレフィン系樹脂の融点より高い表面温度に調整された一対の回転成形工具を用いて、ポリオレフィン系樹脂組成物を圧延成形する方法である。回転成形工具の表面温度は、(融点+5)℃以上であることが好ましい。また表面温度の上限は、(融点+20)℃以下であることが好ましく、(融点+15)℃以下であることがさらに好ましい。一対の回転成形工具としては、ロールやベルトが挙げられる。両回転成形工具の周速度は必ずしも厳密に同一周速度である必要はなく、それらの差異が±5%以内程度であればよい。なお、ポリオレフィン樹脂の融点は、DSC(示差走査熱量測定)におけるピーク温度により求めることができ、複数のピークがある場合は、最も融解熱量ΔH(J/g)が大きいピーク温度を融点とする。このような方法により得られる本発明のシートを用いて多孔性フィルムを製造した場合には、強度やイオン透過、通気性などに優れる多孔性フィルムを得ることができる。 A preferred method for producing a sheet comprising a polyolefin resin composition is a polyolefin resin composition using a pair of rotational molding tools adjusted to a surface temperature higher than the melting point of the polyolefin resin contained in the polyolefin resin composition. This is a method of rolling a product. The surface temperature of the rotary forming tool is preferably (melting point + 5) ° C. or higher. Further, the upper limit of the surface temperature is preferably (melting point + 20) ° C. or less, and more preferably (melting point + 15) ° C. or less. Examples of the pair of rotary forming tools include a roll and a belt. The peripheral speeds of the two rotary forming tools do not necessarily have to be exactly the same peripheral speed, and the difference between them may be about ± 5% or less. The melting point of the polyolefin resin can be determined from the peak temperature in DSC (differential scanning calorimetry). When there are a plurality of peaks, the melting point is the peak temperature having the largest heat of fusion ΔH (J / g). When a porous film is produced using the sheet of the present invention obtained by such a method, a porous film excellent in strength, ion permeation, air permeability and the like can be obtained.
ポリオレフィン系樹脂組成物を一対の回転成形工具により圧延成形する際には、押出機よりストランド状に吐出したポリオレフィン系樹脂組成物を直接一対の回転成形工具間に導入してもよく、一旦ペレット化したポリオレフィン系樹脂組成物を用いてもよい。 When a polyolefin resin composition is rolled with a pair of rotary molding tools, the polyolefin resin composition discharged in a strand form from an extruder may be directly introduced between the pair of rotary molding tools, and once pelletized. The polyolefin resin composition may be used.
本発明の多孔性フィルムは、ポリオレフィン系樹脂組成物からなるシートから該シートに含まれる無機充填剤を除去した後、延伸する方法や、シートを延伸した後無機充填剤を除去する方法により得ることができる。より膜厚の均一性に優れる多孔性フィルムが得られることから、前者の方法により製造することが好ましい。以下、前者の方法について詳細に説明するが、後者の場合も無機充填剤の除去に用いられる液体や除去方法、延伸方法は同様である。多孔性フィルムを製造する際に用いるシートは、本発明のポリオレフィン系樹脂組成物からなるシートが2枚以上積層されてなる多層シートであってもよい。 The porous film of the present invention is obtained by removing the inorganic filler contained in the sheet from the polyolefin resin composition and then stretching, or removing the inorganic filler after stretching the sheet. Can do. Since the porous film which is more excellent in the uniformity of film thickness is obtained, it is preferable to manufacture by the former method. Hereinafter, the former method will be described in detail, but the liquid used for removing the inorganic filler, the removal method, and the stretching method are the same in the latter case. The sheet used when producing the porous film may be a multilayer sheet in which two or more sheets made of the polyolefin resin composition of the present invention are laminated.
ポリオレフィン系樹脂組成物からなるシートから無機充填剤を除去する際には、液体が用いられる。使用する液体は、シート中の無機充填剤の種類に応じて適宜選択されるが、無機充填剤が炭酸カルシウムである場合には、酸性水溶液を用いることができる。無機充填剤を除去する方法としては、液体をシートにシャワー状に浴びせる方法、液体を入れた槽にシートを浸漬する方法等が挙げられる。液体により無機充填剤を除去する方法は回分式でも連続式でもよいが、生産性の観点から連続式が好ましく、例えば、複数のロールを中に配置した槽に液体を入れ、回転する前記ロールによりシートを搬送し液体中を通過させる方法が挙げられる。液体が酸性またはアルカリ性水溶液である場合には、無機充填剤が除去されたシートをさらに水で洗浄することが好ましい。洗浄の程度としては、この多孔性フィルムの用途にもよるが、通常は溶解した塩等が析出してこない程度まで洗浄を行えばよい。無機充填剤を除去したシートは、通常該シートの物性が変化しない時間と温度の範囲内で乾燥される。本発明の方法により無機充填剤が除去されたシートには、無機充填剤が100〜20000ppm程度残存していることが好ましい。無機充填剤が少量残存したフィルムは、後述する方法で延伸して多孔性フィルムとし、電池用セパレータとして用いた場合に、該多孔性シートの構成するポリオレフィン系樹脂が溶融しても電極間の短絡を防ぐ効果が期待される。また無機充填剤が少量残存したシートを延伸して得られる多孔性フィルムは、無機充填剤を完全に除去した場合よりも透過性に優れる。この理由は明らかではないが、微量の充填剤がフィルム中に残存することによりフィルムが膜厚方向に押し潰され難くなっているためではないかと考えている。 When removing the inorganic filler from the sheet made of the polyolefin resin composition, a liquid is used. Although the liquid to be used is suitably selected according to the kind of inorganic filler in a sheet | seat, when an inorganic filler is a calcium carbonate, acidic aqueous solution can be used. Examples of the method for removing the inorganic filler include a method in which the liquid is showered on the sheet, a method in which the sheet is immersed in a tank containing the liquid, and the like. The method of removing the inorganic filler by the liquid may be batch type or continuous type, but from the viewpoint of productivity, the continuous type is preferable. The method of conveying a sheet | seat and making it pass in a liquid is mentioned. When the liquid is an acidic or alkaline aqueous solution, the sheet from which the inorganic filler has been removed is preferably further washed with water. The degree of washing depends on the use of the porous film, but usually the washing may be carried out to such an extent that dissolved salt or the like does not precipitate. The sheet from which the inorganic filler has been removed is usually dried within a time and temperature range in which the physical properties of the sheet do not change. It is preferable that about 100 to 20000 ppm of the inorganic filler remains in the sheet from which the inorganic filler has been removed by the method of the present invention. A film in which a small amount of the inorganic filler remains is stretched by a method described later to form a porous film, and when used as a battery separator, even if the polyolefin resin constituting the porous sheet melts, a short circuit between the electrodes Expected to prevent the effects. Moreover, the porous film obtained by extending | stretching the sheet | seat with which a small amount of inorganic fillers remain | survive is excellent in permeability rather than the case where an inorganic filler is removed completely. The reason for this is not clear, but it is thought that the film is hardly crushed in the film thickness direction due to the trace amount of filler remaining in the film.
無機充填剤が炭酸カルシウムであり、シートから炭酸カルシウムを除去する際に酸性水溶液を用いる場合には、炭酸カルシウムの除去速度を早くするため、酸性水溶液に界面活性剤や、メタノール、エタノール、イソプロパノール、アセトン、N−メチルピロリドン等の水溶性の有機溶剤を少量添加することが好ましいが、環境の点から有機溶剤を添加せず界面活性剤を添加することが好ましい。界面活性剤としては公知の非イオン系界面活性剤、カチオン系界面活性剤、アニオン系界面活性剤などがあげられるが、好ましくは非イオン系界面活性剤がよい。非イオン系界面活性剤は、水系液体が強アルカリ性(pH11以上)や強酸性(pH3以下)の場合でも加水分解されにくいという利点がある。非イオン系界面活性剤としては、例えばポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレン−ポリオキシプロピレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル、ポリエチレングリコール脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンアルキルアミン・脂肪酸アミド等が挙げられる。水系液体に添加する非イオン系界面活性剤量は、無機充填剤除去速度の上昇効果と、無機充填剤除去後にフィルムから界面活性剤を除去する際の効率とのバランスから、0.05〜10重量%とすることが好ましい。 In the case where the inorganic filler is calcium carbonate and an acidic aqueous solution is used when removing calcium carbonate from the sheet, a surfactant, methanol, ethanol, isopropanol, It is preferable to add a small amount of a water-soluble organic solvent such as acetone or N-methylpyrrolidone, but it is preferable to add a surfactant without adding an organic solvent from the viewpoint of the environment. Examples of the surfactant include known nonionic surfactants, cationic surfactants, anionic surfactants, and the like, but nonionic surfactants are preferable. Nonionic surfactants have the advantage that they are difficult to hydrolyze even when the aqueous liquid is strongly alkaline (pH 11 or higher) or strongly acidic (pH 3 or lower). Examples of the nonionic surfactant include polyoxyethylene alkyl ether, polyoxyethylene-polyoxypropylene alkyl ether, polyoxyethylene alkylphenyl ether, polyethylene glycol fatty acid ester, polyoxyethylene alkylamine / fatty acid amide, and the like. . The amount of the nonionic surfactant added to the aqueous liquid is 0.05 to 10 from the balance between the effect of increasing the inorganic filler removal rate and the efficiency of removing the surfactant from the film after removing the inorganic filler. It is preferable to set it as weight%.
本発明で用いられる非イオン系界面活性剤の親水性親油性バランス(HLB)は、3〜18の範囲が好ましく、5〜15の範囲がより好ましい。HLBとは、親水性と疎水性の強さのバランスを示す値である。HLBが小さすぎると、水に対する溶解性が悪くなる傾向があり、逆にHLBが大き過ぎると水への溶解性は十分であるものの疎水性が低いためにシートへの浸透に時間がかかる傾向がある。 The hydrophilic / lipophilic balance (HLB) of the nonionic surfactant used in the present invention is preferably in the range of 3 to 18, more preferably in the range of 5 to 15. HLB is a value indicating a balance between hydrophilicity and hydrophobic strength. If the HLB is too small, the solubility in water tends to be poor. Conversely, if the HLB is too large, the solubility in water is sufficient, but the hydrophobicity is low, so it tends to take time to penetrate into the sheet. is there.
HLBは、以下に示すグリフィンの式により算出することができる。
HLB=((界面活性剤中の親水基部分の分子量)/(界面活性剤全体の分子量))×(100/5)
前記のグリフィン式でHLBを算出できない界面活性剤のHLBについては、HLBが未知の該界面活性剤で油を乳化させ、別にHLBが既知の複数の界面活性剤(HLBの値が異なるものを使用)で同じ油を乳化させて比較する試験を行うことにより決定する。油の乳化状態をHLB未知の界面活性剤と同一としたHLB既知の界面活性剤のHLBを、HLB未知の界面活性剤のHLBとする。
HLB can be calculated by the following Griffin equation.
HLB = ((molecular weight of hydrophilic group in surfactant) / (molecular weight of entire surfactant)) × (100/5)
For surfactant HLB whose HLB cannot be calculated using the Griffin equation, oil is emulsified with the surfactant whose HLB is unknown, and a plurality of surfactants whose HLB is known (those with different HLB values are used) ) By emulsifying the same oil and comparing them. The HLB of the surfactant with the known HLB in which the oil emulsification state is the same as the surfactant with the unknown HLB is defined as the HLB of the surfactant with the unknown HLB.
前記のような方法によりポリオレフィン系樹脂組成物からなるシートから無機充填剤を除去したシートを、テンター、ロール、オートグラフ等により延伸することにより、多孔性フィルムを製造することができる。得られる多孔性フィルムの通気性の観点から延伸倍率は2〜12倍であることが好ましく、4〜10倍であることがより好ましい。延伸温度は通常、ポリオレフィン系樹脂の軟化点以上融点以下の温度、好ましくは(融点−50)℃〜融点の範囲で行う。このような範囲の温度で延伸を行うことにより、通気性やイオン透過性に優れる多孔性フィルムを得ることができる。例えば使用するポリオレフィン樹脂組成物がポリエチレンを主体とするポリオレフィン系樹脂から構成されている場合、延伸温度は80〜130℃であることが好ましく、90〜115℃であることがさらに好ましい。また延伸後はヒートセットを行うことが好ましい。ヒートセット温度はポリオレフィン系樹脂の融点未満の温度で行うことが好ましい。 A porous film can be produced by stretching a sheet obtained by removing the inorganic filler from the sheet made of the polyolefin resin composition by the method as described above, using a tenter, a roll, an autograph or the like. From the viewpoint of air permeability of the obtained porous film, the draw ratio is preferably 2 to 12 times, and more preferably 4 to 10 times. The stretching temperature is usually a temperature not lower than the softening point and not higher than the melting point of the polyolefin resin, preferably in the range of (melting point−50) ° C. to melting point. By stretching at a temperature in such a range, a porous film excellent in air permeability and ion permeability can be obtained. For example, when the polyolefin resin composition to be used is composed of a polyolefin resin mainly composed of polyethylene, the stretching temperature is preferably 80 to 130 ° C, more preferably 90 to 115 ° C. Moreover, it is preferable to heat set after extending | stretching. The heat setting temperature is preferably performed at a temperature lower than the melting point of the polyolefin resin.
前記したような方法で得られる本発明の多孔性フィルムは、薄肉部がなく均質であり、電池用セパレータに好適である。 The porous film of the present invention obtained by the method as described above has no thin part and is homogeneous, and is suitable for a battery separator.
本発明では、前記したような方法で得られる多孔性フィルムの少なくとも片面に、セラミックス粉末と窒素元素を含む耐熱樹脂とを含有する塗工液を塗布して耐熱樹脂層を積層し、積層多孔性フィルムとすることができる。耐熱樹脂層は多孔性フィルムの片面に設けられていてもよく、両面に設けられていてもよい。このような積層多孔性フィルムは、膜厚の均一性や、耐熱性、強度、通気性(イオン透過性)に優れるため、非水電解液電池用セパレータ、特にリチウムイオン2次電池用セパレータとして好適に使用することができる。 In the present invention, at least one surface of the porous film obtained by the method as described above is coated with a coating solution containing ceramic powder and a heat-resistant resin containing nitrogen element to laminate a heat-resistant resin layer, and the laminated porosity It can be a film. The heat resistant resin layer may be provided on one side of the porous film, or may be provided on both sides. Such a laminated porous film is suitable as a separator for a non-aqueous electrolyte battery, particularly a separator for a lithium ion secondary battery, because it has excellent film thickness uniformity, heat resistance, strength, and air permeability (ion permeability). Can be used for
前記耐熱樹脂とは主鎖に窒素原子を含む重合体であり、特に芳香族環を含むものが耐熱性の観点から好ましい。例えば、芳香族ポリアミド(以下、「アラミド」ということがある)、芳香族ポリイミド(以下、「ポリイミド」ということがある)、芳香族ポリアミドイミドなどがあげられる。アラミドとしては、例えばメタ配向芳香族ポリアミド(以下、「メタアラミド」ということがある。)とパラ配向芳香族ポリアミド(以下、「パラアラミド」ということがある)があげられ、膜厚が均一で通気性に優れる多孔性の耐熱樹脂層を形成しやすいことからパラアラミドが好ましい。 The heat-resistant resin is a polymer containing a nitrogen atom in the main chain, and particularly those containing an aromatic ring are preferred from the viewpoint of heat resistance. For example, aromatic polyamide (hereinafter sometimes referred to as “aramid”), aromatic polyimide (hereinafter sometimes referred to as “polyimide”), aromatic polyamideimide and the like can be mentioned. Examples of the aramid include meta-oriented aromatic polyamide (hereinafter sometimes referred to as “meta-aramid”) and para-oriented aromatic polyamide (hereinafter sometimes referred to as “para-aramid”), and has a uniform film thickness and air permeability. Para-aramid is preferable because it is easy to form a porous heat-resistant resin layer having excellent resistance.
パラアラミドとは、パラ配向芳香族ジアミンとパラ配向芳香族ジカルボン酸ハライドの縮合重合により得られるものであり、アミド結合が芳香族環のパラ位またはそれに準じた配向位(例えば、4、4’−ビフェニレン、1、5−ナフタレン、2、6−ナフタレン等のような反対方向に同軸または平行に延びる配向位)で結合される繰り返し単位から実質的になるものである。具体的には、ポリ(パラフェニレンテレフタルアミド)、ポリ(パラベンズアミド、ポリ(4、4’−ベンズアニリドテレフタルアミド)、ポリ(パラフェニレン−4、4’−ビフェニレンジカルボン酸アミド)、ポリ(パラフェニレン−2、6−ナフタレンジカルボン酸アミド)、ポリ(2−クロロ−パラフェニレンテレフタルアミド)、パラフェニレンテレフタルアミド/2、6−ジクロロパラフェニレンテレフタルアミド共重合体等のパラ配向型またはパラ配向型に準じた構造を有するパラアラミドが例示される。 Para-aramid is obtained by condensation polymerization of a para-oriented aromatic diamine and a para-oriented aromatic dicarboxylic acid halide, and the amide bond is in the para position of the aromatic ring or an oriented position equivalent thereto (for example, 4, 4′- Biphenylene, 1,5-naphthalene, 2,6-naphthalene and the like, which are substantially composed of repeating units bonded in the opposite direction (orientation positions extending coaxially or in parallel). Specifically, poly (paraphenylene terephthalamide), poly (parabenzamide, poly (4,4′-benzanilide terephthalamide), poly (paraphenylene-4,4′-biphenylenedicarboxylic amide), poly (para Para-oriented or para-oriented, such as phenylene-2,6-naphthalenedicarboxylic acid amide), poly (2-chloro-paraphenylene terephthalamide), paraphenylene terephthalamide / 2,6-dichloroparaphenylene terephthalamide copolymer The para-aramid which has a structure according to is illustrated.
本発明では、パラアラミドを極性有機溶媒に溶かして塗工液として用いる。極性有機溶媒としては、例えば極性アミド系溶媒または極性尿素系溶媒であり、具体的には、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、N−メチル−2−ピロリドン、テトラメチルウレア等があげられるが、これらに限定されるものではない。
塗工性の観点からパラアラミドは、固有粘度1.0dl/g〜2.8dl/gのパラアラミドであることが好ましく、さらには固有粘度1.7dl/g〜2.5dl/gであることが好ましい。固有粘度が1.0dl/g未満では、形成される耐熱樹脂層の強度が不十分となることがある。固有粘度が2.8dl/gを越えると安定なパラアラミド含有塗工液を得ることが困難であることがある。ここでいう固有粘度は、一度析出させたパラアラミドを溶解し、パラアラミド硫酸溶液にして測定された値であり、いわゆる分子量の指標となる値である。塗工性の観点から、塗工液中のパラアラミド濃度は0.5〜10重量%であることが好ましい。
In the present invention, para-aramid is dissolved in a polar organic solvent and used as a coating solution. The polar organic solvent is, for example, a polar amide solvent or a polar urea solvent, and specifically, N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide, N-methyl-2-pyrrolidone, tetramethylurea, etc. However, it is not limited to these.
From the viewpoint of coating properties, the para-aramid is preferably a para-aramid having an intrinsic viscosity of 1.0 dl / g to 2.8 dl / g, and more preferably an intrinsic viscosity of 1.7 dl / g to 2.5 dl / g. . If the intrinsic viscosity is less than 1.0 dl / g, the strength of the formed heat-resistant resin layer may be insufficient. If the intrinsic viscosity exceeds 2.8 dl / g, it may be difficult to obtain a stable para-aramid-containing coating solution. The intrinsic viscosity here is a value measured by dissolving para-aramid once precipitated and making it into a para-aramid sulfuric acid solution, and is a value serving as a so-called index of molecular weight. From the viewpoint of coating properties, the para-aramid concentration in the coating solution is preferably 0.5 to 10% by weight.
得られるパラアラミドの溶媒への溶解性を改善する目的で、パラアラミド重合時にアルカリ金属またはアルカリ土類金属の塩化物を添加することが好ましい。具体例としては、塩化リチウムまたは塩化カルシウムがあげられるが、これらに限定されるものではない。上記塩化物の重合系への添加量は、縮合重合で生成するアミド基1.0モル当たり0.5〜6.0モルの範囲が好ましく、1.0〜4.0モルの範囲がさらに好ましい。塩化物が0.5モル未満では、生成するパラアラミドの溶解性が不十分となる場合があり、6.0モルを越えると実質的に塩化物の溶媒への溶解量を越えるので好ましくない場合がある。一般には、アルカリ金属またはアルカリ土類金属の塩化物が2重量%未満では、パラアラミドの溶解性が不十分となる場合があり、10重量%を越えてはアルカリ金属またはアルカリ土類金属の塩化物が極性アミド系溶媒または極性尿素系溶媒等の極性有機溶媒に溶解しない場合がある。 In order to improve the solubility of the resulting para-aramid in a solvent, it is preferable to add an alkali metal or alkaline earth metal chloride during the para-aramid polymerization. Specific examples include lithium chloride or calcium chloride, but are not limited thereto. The amount of the chloride added to the polymerization system is preferably in the range of 0.5 to 6.0 mol, more preferably in the range of 1.0 to 4.0 mol, per 1.0 mol of the amide group produced by condensation polymerization. . If the chloride is less than 0.5 mol, the solubility of the resulting para-aramid may be insufficient, and if it exceeds 6.0 mol, the amount of chloride dissolved in the solvent may be substantially exceeded, which may not be preferable. is there. In general, if the alkali metal or alkaline earth metal chloride is less than 2% by weight, the solubility of para-aramid may be insufficient. If it exceeds 10% by weight, the alkali metal or alkaline earth metal chloride may be insufficient. May not dissolve in polar organic solvents such as polar amide solvents or polar urea solvents.
本発明に用いられるポリイミドとしては、芳香族の二酸無水物とジアミンの縮重合で製造される全芳香族ポリイミドが好ましい。該二酸無水物の具体例としては、ピロメリット酸二無水物、3、3’、4、4’−ジフェニルスルホンテトラカルボン酸二無水物、3、3’、4、4’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、2、2’−ビス(3、4―ジカルボキシフェニル)ヘキサフルオロプロパン、3、3’、4、4’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物などがあげられる。該ジアミンの具体例としては、オキシジアニリン、パラフェニレンジアミン、ベンゾフェノンジアミン、3、3’−メチレンヂアニリン、3、3’−ジアミノベンソフェノン、3、3’−ジアミノジフェニルスルフォン、1、5’―ナフタレンジアミンなどがあげられるが、本発明は、これらに限定されるものではない。本発明においては、溶媒に可溶なポリイミドが好適に使用できる。このようなポリイミドとしては、例えば、3、3’、4、4’−ジフェニルスルホンテトラカルボン酸二無水物と、芳香族ジアミンとの重縮合物のポリイミドがあげられる。ポリイミドを溶解させる極性有機溶媒としては、アラミドを溶解させる溶媒として例示したもののほか、ジメチルスルホキサイド、クレゾール、およびo−クロロフェノール等が好適に使用できる。 The polyimide used in the present invention is preferably a wholly aromatic polyimide produced by condensation polymerization of an aromatic dianhydride and a diamine. Specific examples of the dianhydride include pyromellitic dianhydride, 3, 3 ′, 4, 4′-diphenylsulfone tetracarboxylic dianhydride, 3, 3 ′, 4, 4′-benzophenone tetracarboxylic acid. And acid dianhydrides, 2,2′-bis (3,4-dicarboxyphenyl) hexafluoropropane, 3,3 ′, 4,4′-biphenyltetracarboxylic dianhydride, and the like. Specific examples of the diamine include oxydianiline, paraphenylenediamine, benzophenone diamine, 3,3′-methylenedianiline, 3,3′-diaminobenzophenone, 3,3′-diaminodiphenylsulfone, 1,5 '-Naphthalenediamine and the like can be mentioned, but the present invention is not limited to these. In the present invention, a polyimide soluble in a solvent can be suitably used. An example of such a polyimide is a polycondensate polyimide of 3,3 ′, 4,4′-diphenylsulfonetetracarboxylic dianhydride and an aromatic diamine. As a polar organic solvent for dissolving polyimide, dimethyl sulfoxide, cresol, o-chlorophenol, and the like can be suitably used in addition to those exemplified as a solvent for dissolving aramid.
本発明において耐熱樹脂層を形成するために用いる塗工液は、セラミックス粉末を含有することが必要である。任意の耐熱樹脂濃度の溶液にセラミックス粉末が添加された塗工液を用いて耐熱樹脂層を形成することにより、膜厚が均一で、かつ微細な多孔質である耐熱樹脂層を形成することができる。またセラミックス粉末の添加量によって、透気度を制御することができる。本発明におけるセラミックス粉末は、積層多孔性フィルムの強度や耐熱樹脂層表面の平滑性の点より、一次粒子の平均粒子径が1.0μm以下であることが好ましく、0.5μm以下であることがより好ましく、0.1μm以下であることがさらに好ましい。該一次粒子の平均粒子径は、電子顕微鏡により得た写真を、粒子径計測器で解析する方法により測定される。セラミックス粉末の含有量は、積層多孔性フィルム中1重量%以上95重量%以下であることが好ましく、5重量%以上50重量%以下であることがより好ましい。積層多孔性フィルム中のセラミックス粉末含有量が少なすぎると、得られる多孔性フィルムを電池用セパレータとして用いる場合、イオン透過性が十分でない場合があり、多すぎるとフィルムが脆くなり、取り扱いが難しくなる場合がある。使用するセラミックス粉末の形状は、特に限定はなく、球状でもランダムな形状でも使用できる。 In the present invention, the coating solution used for forming the heat-resistant resin layer needs to contain ceramic powder. By forming a heat-resistant resin layer using a coating solution in which ceramic powder is added to a solution having an arbitrary heat-resistant resin concentration, it is possible to form a heat-resistant resin layer having a uniform and fine porous film thickness. it can. The air permeability can be controlled by the amount of ceramic powder added. In the ceramic powder according to the present invention, the average particle diameter of the primary particles is preferably 1.0 μm or less and 0.5 μm or less from the viewpoint of the strength of the laminated porous film and the smoothness of the surface of the heat-resistant resin layer. More preferably, it is 0.1 μm or less. The average particle diameter of the primary particles is measured by a method of analyzing a photograph obtained by an electron microscope with a particle diameter measuring instrument. The content of the ceramic powder is preferably 1% by weight or more and 95% by weight or less in the laminated porous film, and more preferably 5% by weight or more and 50% by weight or less. If the ceramic powder content in the laminated porous film is too small, when the resulting porous film is used as a battery separator, the ion permeability may not be sufficient, and if it is too large, the film becomes brittle and difficult to handle. There is a case. The shape of the ceramic powder to be used is not particularly limited, and can be spherical or random.
本発明におけるセラミックス粉末としては、電気絶縁性の金属酸化物、金属窒化物、金属炭化物等からなるセラミックス粉末があげられ、例えばアルミナ、シリカ、二酸化チタンまたは酸化ジルコニウム等の粉末が好ましく用いられる。上記セラミックス粉末は、単独で用いてもよいし、2種以上を混合したり、粒径の異なる同種あるいは異種のセラミックス粉末を任意に混合して用いることもできる。 Examples of the ceramic powder in the present invention include ceramic powders made of electrically insulating metal oxides, metal nitrides, metal carbides, and the like. For example, powders of alumina, silica, titanium dioxide, zirconium oxide or the like are preferably used. The ceramic powders may be used alone, or two or more kinds may be mixed, or the same kind or different kinds of ceramic powders having different particle diameters may be arbitrarily mixed and used.
耐熱樹脂層の水銀圧入法で測定した平均孔径は、3μm以下が好ましく、1μm以下がさらに好ましい。平均孔径が3μmを超える場合には、積層多孔性フィルムを電池用セパレータとして用いた場合、正極や負極の主成分である炭素粉やその小片が脱落したときに、短絡しやすいなどの問題が生じる可能性がある。該耐熱樹脂層の空隙率は、30〜80体積%が好ましく、さらに好ましくは40〜70体積%である。空隙率が30体積%未満では、積層多孔性フィルムを電池用セパレータとして用いた場合、電解液の保持量が少なくなる場合があり、80体積%を超えると該耐熱樹脂層の強度が不十分となる場合がある。該耐熱樹脂層の厚みは、1〜15μmが好ましく、さらに好ましくは1〜10μmである。該厚みが1μm未満では、耐熱性についての効果が不十分である場合があり、15μmを超えると、積層多孔性フィルムを電池用セパレータとして用いた場合には、厚みが厚すぎ、高電気容量化が達成しにくい場合がある。 The average pore diameter measured by the mercury intrusion method of the heat resistant resin layer is preferably 3 μm or less, and more preferably 1 μm or less. When the average pore diameter exceeds 3 μm, when the laminated porous film is used as a battery separator, there is a problem that short-circuiting easily occurs when carbon powder or a small piece thereof, which is the main component of the positive electrode or negative electrode, falls off. there is a possibility. The porosity of the heat resistant resin layer is preferably 30 to 80% by volume, more preferably 40 to 70% by volume. When the porosity is less than 30% by volume, when the laminated porous film is used as a battery separator, the amount of electrolyte retained may be reduced. When the porosity exceeds 80% by volume, the strength of the heat-resistant resin layer is insufficient. There is a case. The heat-resistant resin layer has a thickness of preferably 1 to 15 μm, more preferably 1 to 10 μm. When the thickness is less than 1 μm, the effect on heat resistance may be insufficient. When the thickness exceeds 15 μm, when the laminated porous film is used as a battery separator, the thickness is too thick and the electric capacity is increased. May be difficult to achieve.
多孔性フィルムに耐熱樹脂層を積層する方法としては、耐熱樹脂層を別に製造して後に多孔性フィルムと積層する方法、多孔性フィルムの少なくとも片面に、セラミックス粉末と耐熱樹脂とを含有する塗工液を塗布して耐熱樹脂層を形成する方法等が挙げられるが、生産性の面から後者の手法が好ましい。多孔性フィルムの少なくとも片面に、セラミックス粉末と耐熱樹脂とを含有する塗工液を塗布して耐熱樹脂層を形成する方法としては、具体的に以下のような工程を含む方法が挙げられる。
(a)耐熱樹脂100重量部を含む極性有機溶媒溶液に、該耐熱樹脂100重量部に対しセラミックス粉末を1〜1500重量部分散したスラリー状塗工液を調製する。
(b)該塗工液を多孔性フィルムの少なくとも片面に塗工し、塗工膜を形成する。
(c)加湿、溶媒除去あるいは耐熱樹脂を溶解しない溶媒への浸漬等の手段で、前記塗工膜から耐熱樹脂を析出させた後、必要に応じて乾燥する。
塗工液は、特開2001−316006号公報に記載の塗工装置および特開2001−23602号公報に記載の方法により連続的に塗工することが好ましい。
As a method of laminating a heat-resistant resin layer on a porous film, a method of separately producing a heat-resistant resin layer and then laminating it with a porous film, a coating containing ceramic powder and a heat-resistant resin on at least one surface of the porous film Although the method of apply | coating a liquid and forming a heat resistant resin layer etc. are mentioned, the latter method is preferable from the surface of productivity. Specific examples of a method for forming a heat resistant resin layer by applying a coating liquid containing ceramic powder and a heat resistant resin on at least one surface of the porous film include the following steps.
(A) A slurry-like coating liquid is prepared by dispersing 1 to 1500 parts by weight of ceramic powder in 100 parts by weight of a heat-resistant resin in a polar organic solvent solution containing 100 parts by weight of a heat-resistant resin.
(B) The coating solution is applied to at least one surface of the porous film to form a coating film.
(C) The heat resistant resin is deposited from the coating film by means of humidification, solvent removal, or immersion in a solvent that does not dissolve the heat resistant resin, and then dried as necessary.
The coating liquid is preferably applied continuously by a coating apparatus described in JP-A-2001-316006 and a method described in JP-A-2001-23602.
本発明の方法により得られる積層多孔性フィルムは、薄肉部がなく均質である。また、耐熱性、強度、通気性(イオン透過性)にも優れるため、電池用セパレータ、特にリチウムイオン2次電池用セパレータとして好適に使用することができる。 The laminated porous film obtained by the method of the present invention has no thin part and is homogeneous. Moreover, since it is excellent also in heat resistance, intensity | strength, and air permeability (ion permeability), it can be used conveniently as a battery separator, especially a lithium ion secondary battery separator.
(1)ガーレー値
フィルムのガーレー値(秒/100cc)は、JIS P8117に準じて、B型デンソメーター(東洋精機製)にて測定した。測定はフィルム1m2あたり10箇所について行った。
(2)膜厚
JISK7130に準拠してミツトヨ製VL-50Aにて測定を行った。測定はフィルム1m2あたり10箇所について行った。
(1) The Gurley value (second / 100 cc) of the Gurley value film was measured with a B-type densometer (manufactured by Toyo Seiki) according to JIS P8117. The measurement was performed at 10 locations per 1 m 2 of film.
(2) Film thickness Measured with Mitutoyo VL-50A according to JISK7130. The measurement was performed at 10 locations per 1 m 2 of film.
(3)GPCによる分子鎖長および分子量の測定
測定装置としてウォーターズ社製ゲルクロマトグラフAlliance GPC2000型を使用した。その他の条件を以下に示す。
カラム :東ソー社製TSKgel GMHHR−H(S)HT 30cm×2、TSKgel GMH6 −HTL 30cm×2
移動相 :o−ジクロロベンゼン
検出器 :示差屈折計
流 速 :1.0mL/分
カラム温度:140℃
注入量 :500μL
試料30mgをo−ジクロロベンゼン20mLに145℃で完全に溶解した後、その溶液を孔径が0.45μmの焼結フィルターでろ過し、そのろ液を供給液とした。なお、較正曲線は、分子量既知の16種の標準ポリスチレンを用いて作製した。
(3) Measurement of molecular chain length and molecular weight by GPC A gel chromatograph Alliance GPC2000 model manufactured by Waters was used. Other conditions are shown below.
Column: TSKgel GMHHR-H (S) HT 30 cm × 2 manufactured by Tosoh Corporation, TSKgel GMH 6 -HTL 30 cm × 2
Mobile phase: o-dichlorobenzene detector: Differential refractometer flow rate: 1.0 mL / min Column temperature: 140 ° C.
Injection volume: 500 μL
After completely dissolving 30 mg of the sample in 20 mL of o-dichlorobenzene at 145 ° C., the solution was filtered through a sintered filter having a pore size of 0.45 μm, and the filtrate was used as a feed solution. The calibration curve was prepared using 16 kinds of standard polystyrenes with known molecular weights.
(4)無機充填剤中の酸不溶部の含有量測定
無機充填剤100gを精秤後、メタノール300mlを加えて撹拌し、無機充填剤を分散させた。さらに攪拌しながら塩酸(和光純薬工業(株) 特級試薬)300mlをゆっくり投入し、無機充填剤を溶解させた。泡が発生しなくなったことを確認し、該溶液を親水性PTFEフィルター(孔径10μm;日本ミリポア社製JCW4700)を用いて真空ろ過した。真空ろ過しながらフィルター上に残った不溶部にメタノール50ml、塩酸50mlを加え未溶解の無機充填剤を溶解させた。この操作を3回繰り返した。続いて、フィルター上に残った無機充填剤の表面処理剤を溶解するためジエチルエーテルを50mlずつ、3回加えた。最後にアセトン50mlを加え、アセトンが無くなるまでろ過した。この一連の操作は、ろ過器壁面に付着した未溶解の無機充填剤を洗いながら実施した。その後、PTFEフィルターごと80℃オーブンにて3〜4時間真空乾燥した後、デシケーター中で常温まで冷却した。その後フィルターを含めた乾燥後の重量を測定した。酸不溶部の含有量は下式により求めた。
酸不溶部含有量(ppm)=(乾燥後の重量―フィルターの重量)/採取した無機充填剤の精秤重量×106
(5)無機充填剤の平均粒子径
走査電子顕微鏡SEM(日立製 S−4200)により30000倍で観測し、粒子100個について直径を測定し、その平均を平均粒子径(μm)とした。
(6)突刺強度
多孔性フィルムを12mmΦのワッシャで固定し、ピンを200mm/minで突き刺したときの最大応力(gf)を該フィルムの突刺強度とした。ピンは、ピン径1mmΦ、先端0.5Rのものを使用した。
(7)多孔性フィルムに存在するピンホールおよび薄肉部の評価
得られた多孔性フィルムについて、目視によりフィルム1m2あたりのピンホールおよび薄肉部の数を測定した。具体的には、多孔性フィルムの一面から蛍光灯の光をあて、他方の面からフィルムを観察し、貫通孔をピンホールとし、貫通はしていないものの、フィルムの他の部分に比べて透過光が多い部分を薄肉部と判断した。
(4) Content measurement of acid-insoluble part in inorganic filler After precisely weighing 100 g of inorganic filler, 300 ml of methanol was added and stirred to disperse the inorganic filler. Further, 300 ml of hydrochloric acid (special grade reagent from Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was slowly added while stirring to dissolve the inorganic filler. After confirming that bubbles were not generated, the solution was vacuum filtered using a hydrophilic PTFE filter (pore size: 10 μm; JCW4700, manufactured by Nihon Millipore). 50 ml of methanol and 50 ml of hydrochloric acid were added to the insoluble part remaining on the filter while vacuum filtration to dissolve the undissolved inorganic filler. This operation was repeated three times. Subsequently, 50 ml of diethyl ether was added three times in order to dissolve the surface treatment agent of the inorganic filler remaining on the filter. Finally, 50 ml of acetone was added and filtered until no acetone was present. This series of operations was performed while washing undissolved inorganic filler adhering to the filter wall surface. Thereafter, the PTFE filter was vacuum dried in an oven at 80 ° C. for 3 to 4 hours, and then cooled to room temperature in a desiccator. Thereafter, the weight after drying including the filter was measured. The content of the acid insoluble part was determined by the following formula.
Acid-insoluble part content (ppm) = (weight after drying−weight of filter) / precisely weight of collected inorganic filler × 10 6
(5) Average particle size of inorganic filler The particle size was measured with a scanning electron microscope SEM (S-4200 manufactured by Hitachi) at a magnification of 30000, the diameter of 100 particles was measured, and the average was defined as the average particle size (μm).
(6) Puncture strength The maximum stress (gf) when the porous film was fixed with a 12 mmφ washer and the pin was punctured at 200 mm / min was defined as the puncture strength of the film. A pin with a pin diameter of 1 mmΦ and a tip of 0.5R was used.
(7) Evaluation of pinholes and thin portions present in porous film About the obtained porous film, the number of pinholes and thin portions per 1 m 2 of the film was visually measured. Specifically, the light of the fluorescent lamp is applied from one surface of the porous film, the film is observed from the other surface, and the through hole is a pinhole. The part with much light was judged to be a thin part.
[実施例1]
市販の沈降炭酸カルシウム(白石カルシウム(株)製 Vigot−10)を、ホソカワミクロン(株)製ターボフレックス100ATPを用いて分級した。分級条件は、ローター回転数11000ppm、風量4m2/分(理論分級点2μm)、原料供給量15kg/hとした。分級した結果、得られた微粉の回収率は85重量%であり、回収された無機充填剤に含まれる酸不溶部の量は100ppm(うち、カーボン8%)、平均粒子径は0.14μmであった。
ポリエチレン系樹脂100重量部(ハイゼックスミリオン340M、三井化学(株)製、重量平均分子鎖長17000nm、重量平均分子量300万、融点136℃)と、該ポリエチレン系樹脂100重量部に対し、分級して得られた微粉の炭酸カルシウム256重量部およびオレフィン系ワックス粉末 44重量部(ハイワックス110P、三井化学(株)製、重量平均分子量1000、融点110℃)をヘンシェルミキサーで混合し、その後2軸混練機にて230℃で混練してポリオレフィン系樹脂組成物を得た。該ポリオレフィン系樹脂組成物を、表面温度が150℃であり、同周速度で回転する一対のロールで圧延し、膜厚約40μmの単層シートを作製した。次に得られた前記単層シート同士を、表面温度が150℃の一対のロールで圧着して多層のポリオレフィン系樹脂組成物からなるシートを作製した。該多層シートの厚みは71μmであった。
次に、図1に示す装置を用いて多層シート中の無機充填剤を除去した。多層シートをロールにより搬送し塩酸水溶液(塩酸2〜4mol/L、非イオン系界面活性剤0.1〜0.5重量%)の入ったaの浴槽に浸漬して無機充填剤を除去し、続いて該シートを水酸化ナトリウム水溶液(0.1〜2mol/L)の入ったbの浴槽に浸漬し、中和した。さらに該シートをcの浴槽で水洗浄し、最後に50℃に加熱したロールに接触させて乾燥して巻き取った。その後、該シートをテンターにて8倍に延伸した(延伸温度100℃)。得られた多孔性フィルムの物性を表1に示す。
[Example 1]
Commercially available precipitated calcium carbonate (Vigot-10 manufactured by Shiroishi Calcium Co., Ltd.) was classified using Turboflex 100ATP manufactured by Hosokawa Micron Co., Ltd. The classification conditions were a rotor speed of 11000 ppm, an air volume of 4 m 2 / min (theoretical classification point 2 μm), and a raw material supply rate of 15 kg / h. As a result of classification, the recovery rate of the obtained fine powder was 85% by weight, the amount of acid-insoluble part contained in the recovered inorganic filler was 100 ppm (of which 8% was carbon), and the average particle size was 0.14 μm. there were.
100 parts by weight of a polyethylene resin (Hi-Zex Million 340M, manufactured by Mitsui Chemicals, Inc., weight average molecular chain length 17000 nm, weight average molecular weight 3 million, melting point 136 ° C.) and 100 parts by weight of the polyethylene resin are classified. The resulting fine powder of 256 parts by weight of calcium carbonate and 44 parts by weight of olefin wax powder (High Wax 110P, manufactured by Mitsui Chemicals, Inc., weight average molecular weight 1000, melting point 110 ° C.) were mixed with a Henschel mixer and then biaxially kneaded. A polyolefin resin composition was obtained by kneading at 230 ° C. in a machine. The polyolefin resin composition was rolled with a pair of rolls having a surface temperature of 150 ° C. and rotating at the same peripheral speed to produce a single layer sheet having a thickness of about 40 μm. Next, the obtained single-layer sheets were pressure-bonded with a pair of rolls having a surface temperature of 150 ° C. to prepare a sheet made of a multilayer polyolefin resin composition. The multilayer sheet had a thickness of 71 μm.
Next, the inorganic filler in the multilayer sheet was removed using the apparatus shown in FIG. The multilayer sheet is conveyed by a roll and immersed in a bath containing a hydrochloric acid aqueous solution (hydrochloric acid 2 to 4 mol / L, nonionic surfactant 0.1 to 0.5% by weight) to remove the inorganic filler, and then the sheet. Was immersed in a bath (b) containing an aqueous sodium hydroxide solution (0.1 to 2 mol / L) for neutralization. Further, the sheet was washed with water in the bath of c, and was finally brought into contact with a roll heated to 50 ° C., dried and wound up. Thereafter, the sheet was stretched 8 times with a tenter (stretching temperature 100 ° C.). Table 1 shows the physical properties of the obtained porous film.
[実施例2]
市販の沈降炭酸カルシウム(白石カルシウム(株)製 StarVigot−15A)を用いた以外は実施例1と同様にして分級した。分級した結果得られた微粉の回収率は90重量%であり、回収された無機充填剤に含まれる酸不溶部の量は70ppm、平均粒子径は0.24μmであった。
このようにして分級して得られた無機充填剤を用いた以外は実施例1と同様にして、ポリオレフィン系樹脂組成物、該ポリオレフィン系樹脂組成物からなる多層シート(65μm)を得、さらに該シートから無機充填剤を除去した後延伸して多孔性フィルムを得た。得られた多孔性フィルムの物性を表1に示す。
[Example 2]
Classification was carried out in the same manner as in Example 1 except that commercially available precipitated calcium carbonate (StarVigot-15A manufactured by Shiroishi Calcium Co., Ltd.) was used. The recovery rate of fine powder obtained as a result of classification was 90% by weight, the amount of acid-insoluble part contained in the recovered inorganic filler was 70 ppm, and the average particle size was 0.24 μm.
A polyolefin resin composition and a multilayer sheet (65 μm) comprising the polyolefin resin composition were obtained in the same manner as in Example 1 except that the inorganic filler obtained by classification in this way was used. After removing the inorganic filler from the sheet, it was stretched to obtain a porous film. Table 1 shows the physical properties of the obtained porous film.
[比較例1]
市販の沈降炭酸カルシウム(白石カルシウム(株)製 Vigot−10、酸不溶部の含有量:700ppm(うち、カーボン2.4%)、平均粒子径:0.14μm)を分級せずに用いた以外は実施例1と同様にして、ポリオレフィン系樹脂組成物、該ポリオレフィン系樹脂組成物からなる多層シート(81μm)を得、さらに該シートから無機充填剤を除去した後延伸して多孔性フィルムを得た。得られた多孔性フィルムの物性を表1に示す。
[Comparative Example 1]
Except for using commercially available precipitated calcium carbonate (Vigot-10, manufactured by Shiroishi Calcium Co., Ltd., content of acid-insoluble part: 700 ppm (including 2.4% of carbon), average particle size: 0.14 μm) without classification. Obtained a polyolefin resin composition and a multilayer sheet (81 μm) comprising the polyolefin resin composition in the same manner as in Example 1, and after removing the inorganic filler from the sheet, the film was stretched to obtain a porous film. It was. Table 1 shows the physical properties of the obtained porous film.
a:酸水溶液槽
b:アルカリ水溶液槽
c:水槽
d:ガイドロール
e:乾燥ドラム(加熱ドラム)
f:巻取機
g:ポリオレフィン系樹脂組成物からなるシート
a: Acid solution tank
b: Alkaline aqueous solution tank
c: Aquarium
d: Guide roll
e: Drying drum (heating drum)
f: Winder
g: Sheet made of polyolefin resin composition
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