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EP3134260A1 - Biaxially oriented film having a particle-containing porous layer - Google Patents

Biaxially oriented film having a particle-containing porous layer

Info

Publication number
EP3134260A1
EP3134260A1 EP15717808.8A EP15717808A EP3134260A1 EP 3134260 A1 EP3134260 A1 EP 3134260A1 EP 15717808 A EP15717808 A EP 15717808A EP 3134260 A1 EP3134260 A1 EP 3134260A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
film
particles
layer
porous
film according
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP15717808.8A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Bertram Schmitz
Allan Crighton
Thilo Mohr
Peter Schlachter
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Treofan Germany GmbH and Co KG
Original Assignee
Treofan Germany GmbH and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from DE102014005890.5A external-priority patent/DE102014005890A1/en
Application filed by Treofan Germany GmbH and Co KG filed Critical Treofan Germany GmbH and Co KG
Publication of EP3134260A1 publication Critical patent/EP3134260A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Definitions

  • the present invention relates to a biaxially oriented film having at least one particle-containing porous layer and its use as a separator, and to a process for producing this film.
  • Modern devices require an energy source, such as batteries or rechargeable batteries, which enable a spatially independent use. Batteries have the disadvantage that they must be disposed of. Therefore, accumulators (secondary batteries) are increasingly used, which can be recharged with the help of chargers on the power grid again and again. Conventional nickel-cadmium (NiCd) batteries, for example, can achieve a lifetime of approximately 1000 charging cycles when used properly. In high-energy or high-performance systems, lithium, lithium-ion, lithium-polymer, and alkaline-earth batteries are increasingly being used as accumulators.
  • NiCd nickel-cadmium
  • Batteries and accumulators always consist of two electrodes immersed in an electrolyte solution and a separator separating 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.
  • a battery separator must be thin so that the internal resistance is as low as possible and a high packing density and thus energy density in the battery can be achieved. Only in this way are good performance data and high capacities possible.
  • lithium batteries In lithium batteries, the occurrence of short circuits is a problem. Under thermal stress, the lithium ion batteries may cause the battery separator to melt, resulting in a short circuit with devastating consequences. Similar dangers exist if the lithium batteries are mechanically damaged or overloaded by faulty electronics of the chargers.
  • shut-off separators To increase the safety of lithium-ion batteries, shut-off separators have been developed in the past (shut-down membranes). These special separators close their pores in a very short time at a certain temperature, which is well below the melting point or the ignition point of lithium. Thus, the catastrophic consequences of a short circuit in the lithium batteries are largely prevented.
  • Li batteries of the pouch cell type the individual battery units are separated from each other only by a foil. Due to this fact, higher demands are placed on the separator in these cells since, in the event of an internal short circuit and overheating, the explosive combustion reactions spread to the neighboring cells.
  • US2011171523 describes a heat-resistant separator obtained by a solvent method.
  • inorganic particles chalk, silicates or aluminum oxide
  • UHMW-PE raw material
  • oil is then extruded through a die into a prefilm.
  • the oil is then dissolved out of the prefilm by means of a solvent in order to create the pores.
  • this film is stretched to the separator.
  • the inorganic particles then ensure the separation of the anode and cathode in the battery even in the event of severe overheating.
  • This method has the disadvantage that the particles contribute to the weakening of the mechanical properties of the separator and that agglomerates of the particles can cause errors and uneven pore structure.
  • US2007020525 describes a ceramic separator obtained by processing inorganic particles with a polymer-based binder. This separator also ensures that the anode and cathode in the battery remain disconnected in the event of severe overheating. But the manufacturing process is complicated and the mechanical properties of the separator are insufficient.
  • WO2013083280 describes a biaxially oriented, monolayer or multilayer porous film which has an inorganic, preferably ceramic, coating. The original porosity of the film is lowered by the ceramic coating only to a small extent. The coated porous film has a Gurley value of ⁇ 1500s. According to this teaching, polypropylene separators with a certain surface structure even without the use of primers over water-based inorganic, preferably ceramic, coatings sufficient adhesion.
  • the separator materials with temperature-stable protective layer must be as thin as possible in order to ensure a small footprint, to keep the internal resistance small and have a large porosity. These properties are negatively influenced by the coating, since the coating leads to an increase in the thickness of the membrane and to a reduced porosity and impairs the surface structure of the film.
  • Polyolefin separators can today be produced by various processes are: filler method; Cold drawing, extraction method and ⁇ -crystallite method. These methods basically differ by the different mechanisms by which the pores are generated. 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 wt .-%, which are required to achieve high porosity, affect the mechanical strength despite high draw considerably, so that these products can not be used as separators in a high energy cell.
  • 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 disadvantage in this case is the ecologically and economically questionable extraction step.
  • An older but successful process relies on stretching the polymer matrix at very low temperatures (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 slides combine high porosity and good mechanical strength in the direction of their stretching, generally the longitudinal direction. However, the mechanical strength in the transverse direction remains poor, whereby the puncture resistance is poor and a high tendency to splice 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 polypropylene forms so-called ⁇ -crystallites in high concentrations during cooling of the melt.
  • the ⁇ phase is converted into the alpha modification of the polypropylene. Since these different crystal forms differ in density, here too many microscopic defects, which are torn to pores by stretching, are initially produced.
  • 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 called hereinafter ⁇ -porous films. To improve the porosity, a higher orientation can be introduced in the longitudinal direction before the transverse extension.
  • the object of the present invention was therefore to provide a film which, as a separator, ensures insulation of the electrodes even at very high temperatures or mechanical damage to the battery. This insulating function must be retained even if the temperatures inside the battery are above the melting point of the polymer of the separator. This film should still be efficient and inexpensive to produce.
  • a further object of the present invention was therefore a porous film having an improved Gurley value, i. to provide a good permeability.
  • a further object of the present invention was to enable a high process speed in the production of low Gurley porous film.
  • a biaxially oriented, single or multilayer porous film comprising at least one porous layer, said layer containing at least one propylene polymer, a beta-nucleating agent and particles, wherein the particles have a melting point of over 200 ° C and on an SEM image of a film pattern of 10 mm 2 highest 1 agglomerate or particles with a particle size of> 1 pm is detectable.
  • the membranes which are based on the film according to the invention by the addition of high-melting particles provide adequate protection against internal short circuits when used as a separator in highly reactive batteries and rechargeable batteries.
  • the particles in the film form even at very high temperatures of over 160 ° C (melting point of propylene polymers), an effective insulation that keeps the electrodes separate.
  • the addition of high-melting particles in the porous layer lowers the Gurley value of porous films.
  • an increase in the process speed by the addition of the particles is possible.
  • the addition of said particles effectively reduces the number of breaks, even at elevated process speeds.
  • particles are particles which have a melting point above 200 ° C.
  • the ⁇ -porous films according to the invention may have one or more layers and comprise at least one porous layer which is composed of propylene polymers, preferably propylene homopolymers and / or propylene block copolymers, and generally contains at least one ⁇ -nucleating agent and high-melting particles according to the invention.
  • 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 for the porous layer contain 98 to 100% by weight, preferably 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 from 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 a high chain isotacticity of at least 96%, preferably 97-99% ( 13 C-NMR, triad method) can be used.
  • These raw materials are known in the art as HIPP polymers (high isotactic polypropylenes) or HCPP (high crystalline polypropylenes) and are characterized by a high stereoregularity of the polymer chains, higher crystallinity and a higher melting point (compared to 13 C propylene polymers -NMR isotacticity of 90 to ⁇ 96%, which can also be used).
  • Propylene block copolymers have a melting point of about 140 to 170 ° C, preferably from 145 to 165 ° C, in particular 150 to 160 ° C and a melt range of over 120 ° C, preferably in a range of 125 - 160 ° 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.
  • the porous layer is composed only of propylene homopolymer and / or Propylenblockcopolmyer and ß-nucleating agents and particles, and optionally stabilizer and neutralizing agent.
  • the porous layer is composed only of propylene homopolymer and / or Propylenblockcopolmyer and particles, and optionally stabilizer and neutralizing agent.
  • These embodiments do not contain a ⁇ -nucleating agent.
  • all known additives which promote the formation of ⁇ crystals of the polypropylene during cooling of a polypropylene melt are suitable as ⁇ -nucleating agents for the porous layer.
  • Such ⁇ -nucleating agents, as well as their mode of action in a polypropylene matrix are per se known in the art and will be described in detail below.
  • Phthalic acid for the purposes of the present invention, highly active ⁇ -nucleating agents are preferably used which, on cooling a propylene homopolymer 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 Caiciumpimelat or Caiciumsuberat as described in DE 4420989, which is also incorporated by reference.
  • the dicarboxamides described in EP-0557721, in particular N, N-dicyclohexyl-2,6-naphthalenedicarboxamides, are also suitable ⁇ -nucleating agents.
  • ⁇ -nucleating agents maintaining a certain temperature range and residence times at these temperatures when cooling the unstretched melt film is important for obtaining a high level of ⁇ -crystalline polypropylene.
  • the cooling of the melt film is preferably carried out at a temperature of 60 to 140 ° C, in particular 80 to 130 ° C, for example 85 to 128 ° C.
  • the take-off speed ie, the rate at which the melt film passes over the first chill roll
  • the take-off speeds can in principle also vary in a range which is relatively broad for porous films.
  • the take-off speed is generally 1 to 100 m / min, preferably 1.2 to 60 m / min, in particular 1.3 to 40 m / min and particularly preferably 1.5 to 25 m / min or 1 to 20 m / min.
  • the residence time could be extended or shortened accordingly and are for example 10 to 300s; preferably 20 to 200s.
  • the porous layer generally contains 40 to ⁇ 98% by weight, preferably 40 to 90% by weight, of propylene homopolymer and / or propylene block copolymer and generally 0.001 to 5% by weight, preferably 50 to 10,000 ppm of at least one ⁇ -nucleating agent and 2 to ⁇ 70% by weight of particles based on the weight of the porous layer.
  • the proportion of propylene homopolymers and / or propylene block copolymers is increased accordingly.
  • the proportion of the propylene homopolymer or the block copolymer is reduced accordingly.
  • the amount of the additional polymers in the porous 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.
  • said propylene homopolymer or propylene block copolymer portion will be reduced if higher levels of up to 5 weight percent nucleating agent are employed.
  • the layer conventional stabilizers and neutralizing agents, and optionally further additives, in the usual small amounts of less than 2 wt .-%.
  • the porous layer contains as polymers a mixture of propylene homopolymer and propylene block copolymer.
  • the porous layer in these embodiments generally contains 10 to 93% by weight, preferably 20 to 90% by weight, of propylene homopolymers and 5 to 88% by weight, preferably 10 to 60% by weight of propylene block copolymers and 0.001 to 5% by weight. %, preferably 50 to 10,000 ppm of at least one ⁇ -nucleating agent and 2 to 60 wt .-% of particles, based on the weight of the porous layer, and optionally the aforementioned additives such as stabilizers and neutralizing agents.
  • 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 single or multi-layered.
  • the thickness of the film is generally in a range of 10 to 100 .mu.m, preferably 15 to 60 ⁇ , for example 15 to 40pm.
  • the porous film may be provided on its surface with a corona, flame or plasma treatment, for example, to improve the filling with electrolytes and / or to improve the adhesive properties.
  • the addition of the particles according to the invention also makes it possible to produce porous films having a thickness of less than 25 ⁇ m with an increased process speed and / or few tears.
  • the film is single-layered and then consists only of the above-described particle-containing porous layer.
  • the proportion of particles is preferably 5 to 50% by weight, in particular 10 to 40% by weight, based on the weight of the film.
  • the film is multi-layered and comprises at least two of the above-described particle-containing porous layers, these differing in terms of particle content and / or polymers.
  • the particle-containing porous layer is a one-sided outer cover layer I on a further porous layer II.
  • the proportion of particles in the cover layer I is preferably from 10 to 70% by weight, in particular from 15 to 60% by weight, based on the weight of the cover layer I.
  • These films then comprise at least the particle-containing porous cover layer I and a further porous layer II.
  • particle-containing porous layers are applied to both sides as outer cover layers on a porous layer II.
  • the proportion of particles in the two cover layers is in each case independently of one another preferably from 10 to 70% by weight, in particular from 15 to 60% by weight, based on the weight of the respective cover layer.
  • the other porous layer (s) II are basically constructed like the particle-containing porous layer described above, but no particles are included.
  • the proportion of propylene polymers is correspondingly increased in these porous layers II.
  • the further porous layer (s) is / are thus composed as follows.
  • the further porous layer II generally contains 45 to ⁇ 100 wt .-%, preferably 50 to 95 wt .-%, propylene homopolymer and / or propylene block copolymer and 0.001 to 5 wt .-%, preferably 50 - 10,000 ppm of at least one ß-nucleating agent , based on the weight of the porous layer.
  • the proportion of propylene homopolymer or of the block copolymer is reduced accordingly.
  • the amount of additional polymers in the Layer II 0 to ⁇ 10 wt .-%, preferably 0 to 5 wt .-%, in particular 0.5 to 2 wt .-% amount, if they are additionally included.
  • said propylene homopolymer or propylene block copolymer portion is reduced when higher levels of up to 5 weight percent nucleating agent are employed.
  • the layer II conventional stabilizers and neutralizing agents, and optionally further additives, in the usual small amounts of less than 2 wt .-%.
  • the porous layer can also be combined with additional non-porous layers, if, for example, the special pore structure is to be used for other purposes.
  • These films then have no gas permeability and comprise at least one porous particle-containing layer I as cover layer (s), inner intermediate layer (s) or as base layer of a multilayered embodiment of the film.
  • the density of the porous film or the porous layer is generally in a range of 0.1 to 0.6 g / cm 3 , preferably 0.2 to 0.5 g / cm 3 .
  • the density of the film for embodiments with other non-porous layers can vary within a very wide range.
  • porous films according to the invention are distinguished by the following further properties:
  • the maximum pore size measured (by bubble point) of the porous film according to the invention is generally ⁇ 350 nm and is preferably in the range from 20 to 350 nm, in particular from 40 to 300 nm, particularly preferably from 40 to 200 nm.
  • the mean pore diameter should generally be in the range from 20 to 150 nm, preferably in the range from 30 to 100 nm, in particular in the range from 30 to 80 nm.
  • the porosity of the porous film is generally in a range of 30 to 80%, preferably 50 to 70%.
  • the film of the invention is preferably characterized by a Gurley value of less than 500s / 100cm 3 , in particular of less than 200s / 100cm 3 , in particular from 10 to 150s / 100cm 3 from.
  • the addition of the particles in the porous layer leads to surprising effects, which can be used advantageously in different ways. It has been found that the particles ensure separation of the electrodes, even if the temperature inside the battery exceeds the melting temperature of the polymers. This protective effect works both in separators whose pores close when the temperature increases, and in separators without this so-called shut-off function (increasing the Gurley value of the porous film at high temperatures). Thus, separators of the porous film of the present invention provide better protection against battery fires or even explosions due to short circuits, mechanical damage or overheating. Surprisingly, the particle additives have an advantageous effect on the gas permeability of the films.
  • the addition of the particles reduces the Gurley value compared to a film with an analog composition without particles. This is surprising against the background that the particles themselves usually do not develop a ⁇ -nucleating effect. In addition, it is known in the art that particles having a particle size of less than 1 pm in a polypropylene matrix also have no vacuolene or pore-forming action. It is therefore not understood how or why these particles contribute to a lower Gurley value. Furthermore, it is completely unexpected that the addition of the particles, not as originally expected, causes more frequent breaks in the production of the film. This is surprising, since it is known in the art that, for example, agglomerates of nucleating agents cause the frequency of tearing to increase significantly.
  • Recent patent applications describe how to achieve a uniform distribution of nucleating agents having a particle size from 5 to 50 nm achieved without agglomeration in polypropylene, in order to increase the process safety in the production of ß-porous films (WO201 1047797A1).
  • the inventively added particles having a melting point of about 200 ° C include inorganic and organic particles.
  • particles are not substances which lead to a higher proportion of ⁇ -crystalline polypropylene. They are thus not ß-nucleating agents.
  • particles are non-vacuole-initiating particles.
  • the particles used according to the invention are preferably approximately spherical particles or spherical particles.
  • Vacuum-initiating particles are known in the art and produce vacuoles in a polypropylene film when stretched. Vacuoles are closed cavities and also lower the density of the film compared to the theoretical density of the starting materials. In contrast, porous films or layers have a network of interconnected pores. Pores are thus no closed cavities. Both porous films and vacuole-containing films have a density of less than 0.9 g / cm 3 . The density of vacuolated biaxially oriented polypropylene films is generally 0.5 to ⁇ 0.85 / cm 3 . In general, a particle size greater than 1 ⁇ m is required for particles to act as a vacuole-initiating particle in a polypropylene matrix. It can be tested by means of a reference film of propylene homopolymer whether particles are vacuole-initiating particles or are non-vacuole-initiating particles.
  • a biaxially stretched film of propylene homopolymer and 8 wt .-% of the particles to be tested is prepared by a common boPP process.
  • Conventional stretching conditions are used (elongation factor 5 at a stretching temperature of 110 ° C. and a transverse stretching factor of 9 at a transverse stretching temperature of 140 ° C).
  • the density of the film is determined. If the density of the film is ⁇ 0.85 g / cm 3 , the particles are vacuole-initiating particles.
  • the density of the film is above 0.85 g / cm 3 , preferably above 0.88 g / cm 3 , in particular above> 0.9 g / cm 3, these are non-vacuole-initiating particles in the sense of the present invention.
  • Inorganic particles in the context of the present invention are all natural or synthetic minerals, provided they have the above-mentioned melting point above 200 ° C.
  • Inorganic particles for the purposes of the present invention comprise materials based on silicate compounds, oxidic raw materials, for example metal oxides and non-oxidic and non-metallic raw materials.
  • Inorganic particles are, for example, alumina, aluminum sulfate, barium sulfate, calcium carbonate, magnesium carbonate, silicates such as aluminum silicate (kaolin clay) and magnesium silicate (talc) and silica, among which titanium dioxide, calcium carbonate and silica are preferably used.
  • silicates such as aluminum silicate (kaolin clay) and magnesium silicate (talc) and silica, among which titanium dioxide, calcium carbonate and silica are preferably used.
  • Suitable silicates include materials having a SiO4 tetrahedron, for example, layer or framework silicates.
  • Suitable oxidic raw materials in particular metal oxides, are, for example, aluminum oxides, zirconium oxides, barium titanate, lead zirconium titanates, ferrites and zinc oxide.
  • Suitable non-oxidic and non-metallic raw materials are, for example, silicon carbide, silicon nitride, aluminum nitride, boron nitride, titanium boride and molybdenum silicide.
  • Oxides of the metals Al, Zr, Si, Sn, Ti and / or Y are preferred.
  • the preparation of such particles is described in detail, for example, in DE-A-10208277.
  • the preferred titanium dioxide particles are generally at least 95% by weight rutile and are preferably used with a coating of inorganic oxides commonly used as a coating for TiO 2 white pigment in papers or paints to improve light fastness.
  • TiO 2 particles with a coating are z. In EP-A-0 078 633 and EP-A-0 044 515.
  • the coating also contains organic compounds having polar and nonpolar groups.
  • Preferred organic compounds are alkanols and anionic and cationic surfactants having 8 to 30 carbon atoms in the alkyl group, in particular fatty acids and primary n-alkanols having 12 to 24 carbon atoms, and polydiorganosiloxanes and / or polyorganohydrogensiloxanes such as polydimethylsiloxane and polymethylhydrogensiloxane.
  • the coating on the TiO 2 particles usually consists of 1 to 12 g, in particular 2 to 6 g, of inorganic oxides, optionally in addition 0.5 to 3 g, in particular 0.7 to 1, 5 g, organic compounds, respectively to 100 g of TiO 2 particles. It has proved to be particularly advantageous if the TiO 2 particles are coated with Al 2 O 3 or with Al 2 O 3 and polydimethylsiloxane.
  • suitable inorganic oxides are the oxides of aluminum, silicon, zinc or magnesium or mixtures of two or more of these compounds. They are made of water-soluble compounds, for. For example, alkali metal, in particular sodium aluminate, aluminum hydroxide, aluminum sulfate, aluminum nitrate, sodium silicate or silica precipitated in the aqueous suspension.
  • Organic particles are based on polymers which are incompatible with the propylene polymers of the porous particle-containing layer.
  • Organic particles are preferably based on copolymers of cyclic olefins (COC) as described in EP-A-0 623 463, polyesters, polystyrenes, polyamides, halogenated organic polymers, with polyesters such as polybutylene terephthalates and cycloolefin copolymers being preferred.
  • the organic particles should be incompatible with the polypropylenes. Incompatible in the sense of the present invention means that the material or the polymer is present in the film as a separate particle.
  • the particles have a melting temperature of at least 200 ° C., in particular at least 250 ° C., very particularly preferably at least 300 ° C.
  • the said particles generally do not undergo decomposition at the temperatures mentioned.
  • the aforementioned information can be determined by known methods, e.g. DSC (differential scanning calorimetry) or TG (thermogravimetry) can be determined.
  • the preferred inorganic particles generally have melting points in the range of 500 to 4000 ° C, preferably 700 to 3000 ° C, especially 800 to 2500 ° C.
  • the melting point of TiO 2 is, for example, about 1850 ° C.
  • Organic particles that are used also have a melting point of over 200 ° C and should not be decomposed, especially at the temperatures mentioned.
  • the particles have an average particle size of at most 1 pm, since larger particles lead to increased breaks in the production of the film.
  • the particles should be in as agglomerate-free fine distribution in the porous layer, otherwise few Agglomerates from a certain critical size of, for example,> 1 ⁇ , insbesondre of 1 to 3 ⁇ also in small numbers increase the frequency of tearing.
  • the average particle size thus contributes to the fact that the film contains no or less than 1 agglomerate with a particle size of> 1 ⁇ , wherein this is detected on a film sample of 10mm 2 by means of SEM images.
  • individual non-agglomerated particles also have a size (absolute) of less than 1 m. Accordingly, the said film sample of 10 mm 2 also shows less than one or no non-agglomerated particles with a particle size of more than 1 ⁇ m.
  • the batches or premixes contain propylene polymers and particles, and optionally additionally conventional additives.
  • a two-screw extruder is preferably used for better dispersion of the particles in the polymer and / or mixed with a high Scheerrate.
  • the addition of surface-active substances also contributes to the uniform distribution of the particles in the polymer. It is also favorable to provide the particles themselves with a coating in an upstream step. These measures are particularly recommended when using inorganic particles. By means of these and other measures known in the prior art it can be ensured that agglomerate-free batches or premixes are used.
  • the present invention further relates to a process for the preparation of particle-containing porous film of the invention.
  • the process speed can vary within a wide range.
  • the invention enables higher process speeds, which are not accompanied by a poorer gas permeability or a higher number of tears.
  • the speed of the process according to the invention is generally between 3 to 400 m / min, preferably between 5 to 250 m / min, in particular between 6 and 150 m / min or between 6.5 and 100 m / min.
  • the porous film is produced by the known flat film extrusion or coextrusion process.
  • the procedure is such that the mixture of polymers (propylene homopolymer and / or propylene block copolymer) and generally ⁇ -nucleating agent and particles and optionally further polymers of the respective layer is mixed, melted in an extruder and together and simultaneously through a flat die is extruded or coextruded on a take-off roll on which solidifies the one-layer or multilayer melt film to form the ß-crystallites and cools.
  • the cooling temperatures and cooling times are selected such that the highest possible proportion of ⁇ -crystalline polypropylene is formed in the porous layer of the prefilm.
  • 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 in the porous layer a proportion of ⁇ -crystallites (1st heating) of 40-70%, preferably 50-90%.
  • This precursor film with a high proportion of ⁇ -crystalline polypropylene in the porous layer is then biaxially stretched in such a way that, upon drawing, the ⁇ -crystallites are converted into ⁇ -crystalline polypropylene and a network-like porous structure is formed.
  • the biaxial stretching (orientation) is generally carried out successively, wherein preferably first stretched longitudinally (in the machine direction) and then transversely (perpendicular to the machine direction).
  • the preliminary film is first passed over one or more heating rollers, which heat the film to the appropriate temperature.
  • 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 stretch ratio is in a range from 2: 1 to 6: 1, preferably 3: 1 to 5: 1.
  • the film is first cooled again over appropriately tempered rolls. Subsequently, in the so-called Aufmorefeldern again heating to the transverse stretching temperature, which is generally at a temperature of 120-145 ° C. Subsequently, the transverse stretching takes place with the aid of a corresponding clip frame, wherein the transverse stretch ratio is in a range from 2: 1 to 9: 1, preferably 3: 1 to 8: 1.
  • the transverse extension preferably takes place with a moderate to slow transverse stretching speed of> 0 to 40% / s, preferably in a range of 0.5 to 30% / s, in particular 1 to 15% / s.
  • a surface of the film can be corona, plasma or flame treated according to one of the known methods, so that the filling with electrolyte is favored.
  • a heat-setting heat treatment
  • the film is held for about 5 to 500 s, preferably 10 to 300 s at a temperature of 10 to 150 ° C, preferably 125 to 145 ° C, for example via rollers or an air heater.
  • the film is driven converging immediately before or during the heat-setting, wherein the convergence is preferably 5 to 25%, in particular 8 to 20%.
  • Convergence is understood to mean a slight collapse of the transverse stretching frame, so that the maximum width of the frame, which is given at the end of the transverse 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 transverse stretching frame is given as the convergence calculated from the maximum width of the transverse stretching frame B max and the final film width B F0 iie according to the following formula:
  • the film is wound in the usual way with a winding device.
  • transverse stretching speed depend on the method speed.
  • the withdrawal speed and the cooling rate also vary with the process speed. These parameters can not be selected independently. It follows that, all other things being equal, at a faster process speed both the transverse stretching rate and the withdrawal speed increase, but at the same time the cooling time of the prefilm decreases. This may or may not be an additional problem.
  • the above-mentioned process speeds are understood in each case as that speed, for example in m / min, with which the film runs / is wound up during the respective 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 correspondingly slow and moderate cooling, ie at comparatively high temperatures a high proportion of ß-crystallites in the pre-film must be achieved.
  • the ⁇ crystals are converted into the alpha modification, resulting in impurities in the form of microcracks.
  • the longitudinal stretching must take place at comparatively low temperatures.
  • these impurities are torn to pores, so that the characteristic network structure of these porous films is formed.
  • the addition of the particles according to the invention greatly facilitates the formation of the porous structure, although the particles alone do not cause pore formation. It appears that the particles, in conjunction with a certain content of ⁇ -crystalline polypropylene, support the formation of the pore structure in a surprising manner, so that, given a ⁇ -crystallite content in the prefilm, substantially higher porosities are achieved by the addition of the particles, which can not be represented without the corresponding additive for a given ⁇ -component.
  • the particles interact with the ⁇ -crystallites in a synergistic manner such that lowering the ⁇ -content in the film does not result in lower Gurley values.
  • the improved gas permeability can also be used positively by increasing the process speed, as the particles contribute to an improvement in the Gurley value, i. the particle-containing films according to the invention having the same Gurley values faster, i. be made cheaper.
  • a film can be provided which is suitable for use in high-energy batteries due to the particularly high permeability. Furthermore, the film can advantageously be used in other applications in which a very high permeability is required or has an advantageous effect. For example, as a highly porous separator in batteries, especially in lithium batteries with high performance requirements.
  • the average particle size is determined by a laser light scattering method according to ISO 13320-1.
  • a suitable instrument for analysis is, for example, a Microtrac S 3500.
  • the size of the agglomerates and the absolute particle size can be investigated by means of a scanning electron microscope. For this purpose, one makes either a SEM on the particles that are streaked on a sample carrier or a SEM image on a platinum or gold vaporized foil pattern a size of 10mm 2 or a REM images on the granules of the masterbatch.
  • the film pattern or the other corresponding recordings of the particles or of the batch are optically examined for the presence of particles having a particle size of more than 1 ⁇ m.
  • 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 melting point is determined for the determination of the melting point Heating curve after having been cooled at 10K / 1 min in the range of 200 to 20 ° C was evaluated.
  • the proportion of ⁇ -crystalline polypropylene is determined by means of DSC. This characterization is described in J. o. Appl. Polymer Science, Vol. 74, p .: 2357-2368, 1999 by Varga and carried out as follows: The sample additized with the ⁇ -nucleator is first heated to 220 ° C. in the DSC at a heating rate of 20 ° C./min melted (1st heating). Thereafter, it is cooled at a cooling rate of 10 ° C / min to 100 ° C, before being remelted at a heating rate of 10 ° C / min (2nd heating).
  • the density is determined according to DIN 53 479, method A. Maximum and average pore size
  • the maximum and mean pore sizes were measured by the bubble point method according to ASTM F316.
  • porosity [%] 100 ⁇ (p pp - p Fo
  • the permeability of the films was measured using the Gurley Tester 4 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, ie the unit is sec / 100cm 3 .
  • the invention will now be illustrated by the following examples.
  • Example A Batch production:
  • a batch of polymer and particles was prepared, which was used in the subsequent experiment.
  • This batch was made as follows: In a twin-screw extruder 60 wt.% Of a Ti02 pigment (Huntsmann TR28) together with 0.04 wt .-% Caiciumpimelat as nucleating agent (Caiciumpimelat) at a temperature of 230 ° C and a screw rotation speed of 270 1 / min with 39.96 wt % Granules of isotactic polypropylene homopolymer (melting point 162 ° C; MFI 3g / 10min) are mixed, melted and granulated.
  • the SEM images on the batch show finely divided TiO 2 particles with a particle size of 20 to 500 nm without agglomerates of more than 1 ⁇ m.
  • the beta activity of the batch shows a value of 91% on the second heating.
  • a two-layer prefilm was extruded from a slot die at an extrusion temperature of 240 to 250 ° C ° C.
  • the throughputs of the extruders were chosen such that the thickness ratio of the layers A: B was 1: 2.
  • the multilayer prefilm was first stripped off on a chill roll and cooled. Subsequently, the prefilm was oriented in the longitudinal and transverse directions and finally fixed.
  • the layers of the film had the following composition:
  • Composition of layer A 40 wt .-% TiO 2 batch according to Example A from
  • polypropylene blend of: about 60 wt .-% propylene homopolymer (PP) with an n-heptane soluble content of 4.5 wt .-% (based on 100% PP) and a melting point of 165 ° C; and a melt flow index of 3.2 g / 10 min at 230 ° C and 2.16 kg load (DIN 53 735) and
  • Ethylene content of about 5 wt .-% based on the block copolymer and a
  • composition of layer B is Composition of layer B:
  • PP propylene homopolymer having an n-heptane-soluble content of 4.5 wt .-% (based on 100% PP) and a melting point of 165 ° C; and a melt flow index of 3.2 g / 10 min at 230 ° C and 2.16 kg load (DIN 53 735) and
  • the layers of the film additionally contained stabilizer and neutralizing agent in conventional amounts.
  • the nano Ca-pimelate was prepared as described in Examples 1 a or 1 b of WO201 1047797.
  • Cooling roller temperature 125 ° C
  • the porous film thus prepared was about 30 ⁇ m thick and had a density of 0.33 g / cm 3 and showed a uniform white-opaque appearance.
  • the porosity was 66% and the Gurley value 160 s.
  • SEM images of the surface of the side A show no TiO2 agglomerates and no particles with a particle size> 1 pm on an examined area of 10 mm 2 .
  • Example 1 It was, as described in Example 1, a two-layer film produced. In contrast to Example 1, the take-off speed was increased to 2.5 m / min. The composition of the layers and the other process conditions were not changed. Despite the increased take-off speed, 800m barrel length was produced without demolition. The thickness decreased to 20pm. Despite the shorter residence time on the take-off roll, the Gurley value surprisingly decreased to about 140 seconds. Also in this film, no TiO2 agglomerates and no particles with a particle size> 1 pm on an area of 10 mm 2 were identified by means of SEM on the side A. W
  • Example 2 It was, as described in Example 1, a film produced. Unlike film example 1, layer B now had the same composition as layer A. The composition of layer A and the process conditions were not changed. It was thus made a de facto single-layer film. The thickness of the film was 31 ⁇ m and the Gurley value surprisingly decreased to less than 100 seconds. This composition also showed very good running safety and so a roll was produced with 2000 m run length. Both sides of the film showed no ⁇ 02 agglomerates in the SEM and no particles with a particle size> 1 pm on a surface of 10 mm 2 .
  • Example 3 It was, as described in Example 3, a de facto monolayer film with 24 wt.% ⁇ 02 produced.
  • the take-off speed was increased (as in Folienbsp. 2) to 2.5 m / min.
  • the (same) composition of layers A and B and the other process conditions were not changed.
  • the thickness decreased to 20 pm and the Gurley value surprisingly remained below 100 seconds as in Ex.
  • In this film on both sides by means of SEM no agglomerates and no particles with a particle size> 1 pm were identified on a surface of 10 mm 2 .
  • Example 3 It was, as described in Example 3, a film with 24 wt.% Ti02 produced.
  • the polypropylene mixture now contained no nucleating agent and thus had the following composition:
  • Example 2 It was prepared as described in Example 1, a two-layer film.
  • the concentration of the ⁇ O 2 -batch in layer A was increased to 60% and the proportion of the polypropylene mixture was lowered to 40%, so that layer A contained 36% by weight of ⁇ O 2.
  • the composition of layer B and the process conditions were not changed. This composition also showed very good running safety and a roll with a running length of 1000 m was produced.
  • the thickness of the film was 27 ⁇ m and the Gurley value surprisingly decreased to less than 100 seconds.
  • Side A of the film showed no agglomerates in the SEM> 1 pm on an area of 10 mm 2 . However, a particle with a particle size of about 1.2pm was identified.
  • Example 2 It was made under the same conditions as Example 2 a two-layer film. However, in layer A and layer B, the propylene-ethylene block copolymer was replaced by an increase in the proportion of the propylene homopolymer (PP).
  • PP propylene homopolymer
  • This composition also showed very good running safety despite the absence of the block copolymer and a roll with a running length of 1000 m was produced.
  • the thickness of the film was 27 ⁇ m and the Gurley value was 170 seconds.
  • this composition showed very good running safety and so a roll with 1000 m barrel length was produced.
  • Side A of the film showed no agglomerates in the SEM and no particles with a particle size> 1 pm over an area of 10 mm 2 .
  • Example 2 It was prepared under the same conditions as described in Example 1, a film. In contrast to Example 1, the same mixture was used for layer A as for layer B, and thus the addition of TiO 2 was omitted. The composition of layer B as well as the process conditions were not changed. In fact, a single-layer film was thus produced. The thickness of the film was 29 ⁇ m and the Gurley value was 200 seconds. Comparative Example 2
  • a film was produced under the same conditions as described in Comparative Example 1.
  • the take-off speed was increased here to 2.5 m / min.
  • 500m barrel length was produced without demolition.
  • the thickness decreased to 20 pm and the Gurley value increased to 280 seconds.
  • Example 2 It was made under the same conditions as described in Example 1, a two-layer film. In contrast to Example 1, the composition of the layer A batch was changed. The TiO2 was replaced by an AL203 having a mean particle diameter of 3pm. The composition of the layer A polypropylene blend, the composition of the layer B and the process conditions were not changed. However, it could not be produced in fact de facto due to numerous breaks.
  • Example 2 It was made under the same conditions as described in Example 1, a two-layer film. However, the ⁇ 02 was incorporated into the extruder instead of a batch by direct metering. There were frequent breaks in the production. The few films produced showed in principle the same properties as the films according to Example 1. Side A of the film showed several agglomerates in the SEM with a size of 1 to 3 pm in an area of 10 mm 2 .

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Abstract

The invention relates to a biaxially oriented single-layer or multilayer porous film which comprises at least one porous layer and said layer comprises at least one propylene polymer, at least one ß-nucleating agent and particles, said particles having a melting point of over 200°C and at most an agglomerate or at most a particle having a particle size of >1 μm being detectable on a REM recording of a film sample of 10mm2.

Description

Biaxial orientierte Folie mit Partikel-haltiger poröser Schicht  Biaxially oriented film with particle-containing porous layer
Die vorliegende Erfindung betrifft eine biaxial orientierte Folie mit mindestens einer Partikel-haltigen porösen Schicht und ihre Verwendung als Separator, sowie ein Verfahren zur Herstellung dieser Folie. The present invention relates to a biaxially oriented film having at least one particle-containing porous layer and its use as a separator, and to a process for producing this film.
Moderne Geräte erfordern eine Energiequelle, wie Batterien oder Akkus, die eine räumlich unabhängige Nutzung ermöglichen. Batterien haben den Nachteil, dass man sie entsorgen muss. Daher werden vermehrt Akkumulatoren (sekundäre Batterien) eingesetzt, die man mit Hilfe von Ladegeräten am Stromnetz immer wieder aufladen kann. Herkömmliche Nickel-Cadmium-Akkus (NiCd-Akkus) können beispielsweise bei sachgerechtem Gebrauch eine Lebensdauer von ca. 1000 Ladezyklen erreichen. In Hochenergie-oder Hochleistungssystemen werden heute zunehmend Lithium-, Lithiumionen-, Lithium-Polymer-, und Erdalkali-Batterien als Akkumulatoren eingesetzt. Modern devices require an energy source, such as batteries or rechargeable batteries, which enable a spatially independent use. Batteries have the disadvantage that they must be disposed of. Therefore, accumulators (secondary batteries) are increasingly used, which can be recharged with the help of chargers on the power grid again and again. Conventional nickel-cadmium (NiCd) batteries, for example, can achieve a lifetime of approximately 1000 charging cycles when used properly. In high-energy or high-performance systems, lithium, lithium-ion, lithium-polymer, and alkaline-earth batteries are increasingly being used as accumulators.
Batterien und Akkumulatoren bestehen immer 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 and accumulators always consist of two electrodes immersed in an electrolyte solution and a separator separating 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.
Ein Batterieseparator muss dünn sein, damit der Innenwiderstand möglichst gering ist und eine hohe Packungsdichte und somit Energiedichte in der Batterie erzielt werden kann. Nur so sind gute Leistungsdaten und hohe Kapazitäten möglich. A battery separator must be thin so that the internal resistance is as low as possible and a high packing density and thus energy density in the battery can be achieved. Only in this way are good performance data and high capacities possible.
BESTÄTIGUNGSKOPIE Zusätzlich ist es erforderlich, dass die Separatoren den Elektrolyten aufsaugen und bei gefüllten Zellen den Gasaustausch gewährleisten. Während früher u. a. Gewebe verwendet wurden, sind heutzutage überwiegend feinporige Materialien, wie Vliesstoffe und Membranen, im Einsatz. CONFIRMATION COPY In addition, it is necessary that the separators absorb the electrolyte and ensure the gas exchange in filled cells. While fabrics were used in the past, predominantly fine-pored materials such as nonwovens and membranes are used today.
In Lithium-Batterien ist das Auftreten von Kurzschlüssen ein Problem. Bei thermischer Belastung kann es in den Lithium-Ionen-Batterien zu einem Schmelzen des Batterieseparators und damit zu einem Kurzschluss mit verheerenden Folgen kommen. Ähnliche Gefahren bestehen, wenn die Lithium-Batterien mechanisch beschädigt oder durch mangelhafte Elektronik der Ladegeräte überladen werden. In lithium batteries, the occurrence of short circuits is a problem. Under thermal stress, the lithium ion batteries may cause the battery separator to melt, resulting in a short circuit with devastating consequences. Similar dangers exist if the lithium batteries are mechanically damaged or overloaded by faulty electronics of the chargers.
Um die Sicherheit der Lithium-Ionen-Batterien zu erhöhen, wurden in der Vergangenheit Abschalt-Separatoren entwickelt (Shut-Down Membranen). Diese speziellen Separatoren schließen ihre Poren in kürzester Zeit bei einer bestimmten Temperatur, die deutlich unterhalb des Schmelzpunktes oder des Zündpunktes von Lithium liegt. Damit werden die katastrophalen Folgen eines Kurzschlusses bei den Lithium-Batterien weitgehend verhindert. To increase the safety of lithium-ion batteries, shut-off separators have been developed in the past (shut-down membranes). These special separators close their pores in a very short time at a certain temperature, which is well below the melting point or the ignition point of lithium. Thus, the catastrophic consequences of a short circuit in the lithium batteries are largely prevented.
Gleichzeitig ist jedoch für die Separatoren auch eine hohe mechanische Festigkeit gewünscht, welche durch Materialien mit hohen Schmelztemperaturen gewährleistet wird. So sind beispielsweise Polypropylen-Membranen auf Grund der guten Durchstoßfestigkeit vorteilhaft, aber der Schmelzpunkt des Polypropylens liegt mit ca. 164°C sehr nahe am Flammpunkt des Lithiums (170°C). Hochenergiebatterien basierend auf der Lithiumtechnologie werden in Anwendungen eingesetzt, bei denen es darauf ankommt eine möglichst große Menge an elektrischer Energie auf geringstem Raum verfügbar zu haben. Dies ist beispielsweise bei Traktionsbatterien für den Einsatz in Elektrofahrzeugen aber auch in anderen mobilen Anwendungen in denen maximale Energiedichte bei geringem Gewicht gefordert ist, wie z.B. Luft- und Raumfahrt notwendig. Augenblicklich werden in Hochenergiebatterien Energiedichten von 350 bis 400 Wh/L bzw. 150 bis 200 Wh/kg erzielt. Diese hohen Energiedichten erreicht man durch den Einsatz von speziellem Elektrodenmaterial (z.B. Li-Co02) und den sparsameren Einsatz von Gehäusematerialien. So sind in Li-Batterien des Pouch- Zellen-Typs die einzelnen Batterieeinheiten nur noch durch eine Folie voneinander getrennt. Auf Grund dieser Tatsache sind in diesen Zellen auch höhere Anforderungen an den Separator gestellt, da bei einem internen Kurzschluss und Überhitzung die explosionsartigen Verbrennungsreaktionen auf die benachbarten Zellen übergreifen. At the same time, however, a high mechanical strength is desired for the separators, which is ensured by materials with high melting temperatures. For example, polypropylene membranes are advantageous because of the good puncture resistance, but the melting point of the polypropylene is about 164 ° C very close to the flash point of lithium (170 ° C). High-energy batteries based on lithium technology are used in applications where it is important to have the largest possible amount of electrical energy available in the smallest possible space. This is necessary, for example, in traction batteries for use in electric vehicles but also in other mobile applications in which maximum energy density with low weight is required, such as aerospace. Currently energy densities of 350 to 400 Wh / L or 150 to 200 Wh / kg are achieved in high energy batteries. These high energy densities are achieved through the use of special electrode material (eg Li-Co02) and the more economical use of housing materials. In Li batteries of the pouch cell type, the individual battery units are separated from each other only by a foil. Due to this fact, higher demands are placed on the separator in these cells since, in the event of an internal short circuit and overheating, the explosive combustion reactions spread to the neighboring cells.
Separatoren für diese Anwendungen müssen möglichst dünn sein, um einen geringen spezifischen Platzbedarf zu gewährleisten und um den Innenwiderstand klein zu halten auch eine große Porosität aufweisen. Im Falle einer Überhitzung oder mechanischen Beschädigung müssen positive und negative Elektrode auf jeden Fall getrennt bleiben, um weitere chemische Reaktionen, die zum Brand oder Explosion der Batterien führen, zu verhindern. Separators for these applications must be as thin as possible in order to ensure a small specific space requirement and to keep the internal resistance small also have a large porosity. In the event of overheating or mechanical damage, the positive and negative electrodes must be kept separate in order to prevent further chemical reactions leading to the fire or explosion of the batteries.
Es ist im Stand der Technik bekannt Polypropylenmembranen mit weiteren Schichten zu kombinieren, die aus Materialien mit niedrigerem Schmelzpunkt aufgebaut sind, beispielsweise aus Polyethylen. Im Falle einer Überhitzung durch Kurzschluss oder andere äußere Einflüsse schmilzt die Polyethylenschicht und verschließt die Poren der porösen Polypropylenschicht, wodurch der lonenfluß und somit Stromfluß in der Batterie unterbrochen wird. Allerdings schmilzt bei weiterem Temperaturanstieg (> 160°C) auch die Polypropylenschicht und ein interner Kurzschluss durch Berührung von Anode und Kathode und die daraus resultierenden Probleme wie Selbstentzündung und Explosion können nicht mehr verhindert werden. Zusätzlich ist die Haftung der Polyethylenschichten auf Polypropylenschichten problematisch, so dass diese Schichten nur durch Laminierung kombiniert werden können oder nur ausgewählte Polymere dieser beiden Klassen coextrudiert werden können. Diese Separatoren bieten in Hochenergieanwendungen nur unzureichende Sicherheit. Eine derartige Folie ist in der WO 2010048395 beschrieben. It is known in the art to combine polypropylene membranes with other layers made up of lower melting point materials, such as polyethylene. In the event of overheating due to short circuiting or other external influences, the polyethylene layer melts and occludes the pores of the porous polypropylene layer, thereby interrupting ion flow and thus current flow in the battery. However, if the temperature rises further (> 160 ° C), the polypropylene layer melts and an internal short-circuit due to contact between the anode and cathode and the resulting problems such as spontaneous combustion and explosion can no longer be prevented. In addition, the adhesion of the polyethylene layers to polypropylene layers is problematic, so that these layers can only be combined by lamination or only selected polymers of these two classes can be coextruded. These separators offer in High-energy applications only insufficient safety. Such a film is described in WO 2010048395.
US201 1171523 beschreibt einen hitzeresistenten Separator, der über ein Lösemittelverfahren gewonnen wird. Dabei werden in einem ersten Schritt anorganische Partikel (Kreide, Silikate oder Aluminiumoxid) in den Rohstoff (UHMW-PE) zusammen mit einem Öl eincompoundiert. Diese Mischung wird dann durch eine Düse zu einer Vorfolie extrudiert. Aus der Vorfolie wird dann das öl mittels eines Lösemittels heraus gelöst, um die Poren zu kreieren. Anschließend wird diese Folie zum Separator verstreckt. In diesem Separator gewährleisten dann auch bei einer starken Überhitzung die anorganischen Partikel die Trennung von Anode und Kathode in der Batterie. US2011171523 describes a heat-resistant separator obtained by a solvent method. In a first step, inorganic particles (chalk, silicates or aluminum oxide) are compounded into the raw material (UHMW-PE) together with an oil. This mixture is then extruded through a die into a prefilm. The oil is then dissolved out of the prefilm by means of a solvent in order to create the pores. Subsequently, this film is stretched to the separator. In this separator, the inorganic particles then ensure the separation of the anode and cathode in the battery even in the event of severe overheating.
Dieses Verfahren hat den Nachteil, dass die Partikel zur Schwächung der mechanischen Eigenschaften des Separators beitragen und durch Agglomerate der Partikel Fehler und ungleiche Porenstruktur entstehen können. This method has the disadvantage that the particles contribute to the weakening of the mechanical properties of the separator and that agglomerates of the particles can cause errors and uneven pore structure.
US2007020525 beschreibt einen keramischen Separator, der durch Verarbeitung von anorganischen Partikeln mit einem Polymer basierten Binder erhalten wird. Auch dieser Separator gewährleistet, dass bei einer starken Überhitzung Anode und Kathode in der Batterie getrennt bleiben. Aber das Herstellungsverfahren ist aufwendig und die mechanischen Eigenschaften des Separators unzureichend. US2007020525 describes a ceramic separator obtained by processing inorganic particles with a polymer-based binder. This separator also ensures that the anode and cathode in the battery remain disconnected in the event of severe overheating. But the manufacturing process is complicated and the mechanical properties of the separator are insufficient.
In der WO2013083280 wird eine biaxial orientierte, ein- oder mehrschichtige poröse Folie beschrieben, welche eine anorganische, vorzugsweise keramische, Beschichtung aufweist. Die ursprüngliche Porosität der Folie wird durch die keramische Beschichtung nur in einem geringen Maße erniedrigt. Die beschichtete poröse Folie hat einen Gurley Wert von < 1500s. Nach dieser Lehre zeigen Polypropylen Separatoren mit einer bestimmten Oberflächenstruktur auch ohne Einsatz von Primern gegenüber wasserbasierenden anorganischen, vorzugsweise keramischen, Coatings eine ausreichende Haftung. WO2013083280 describes a biaxially oriented, monolayer or multilayer porous film which has an inorganic, preferably ceramic, coating. The original porosity of the film is lowered by the ceramic coating only to a small extent. The coated porous film has a Gurley value of <1500s. According to this teaching, polypropylene separators with a certain surface structure even without the use of primers over water-based inorganic, preferably ceramic, coatings sufficient adhesion.
Es sind im Stand der Technik weitere Membranen bekannt, die mit temperaturstabilen Schichten kombiniert werden, die auch nach dem Schmelzen des Separators eine Isolierung der Elektroden voneinander gewährleisten. Häufig ist hierbei die Haftung dieser Schichten auf dem Substrat problematisch, so dass diese Schichten nur durch Laminierung oder Coating mit der eigentlichen Membran kombiniert werden können. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wurde gefunden, dass die Wirksamkeit keramischer Beschichtungen auch von der Qualität der Beschichtung abhängt. Für eine effiziente Isolierung der Elektroden muss nach dem Schmelzen der Membran eine durchgehende Isolierschicht aus dem temperaturbeständigen Material erhalten bleiben, die ihrerseits keine Fehlstellen, Lücken oder Dickenschwankungen aufweisen darf. Dies stellt besondere Anforderung an die zu beschichtende Membran hinsichtlich der Dickengleichmäßigkeit und Oberflächenbeschaffenheit. Other membranes are known in the prior art which are combined with temperature-stable layers which ensure insulation of the electrodes from one another even after the separator has been melted. Often the adhesion of these layers to the substrate is problematic, so that these layers can be combined only by lamination or coating with the actual membrane. In the context of the present invention, it has been found that the effectiveness of ceramic coatings also depends on the quality of the coating. For efficient insulation of the electrodes must remain after melting the membrane, a continuous insulating layer of the temperature-resistant material, which in turn may have no defects, gaps or thickness variations. This places special demands on the membrane to be coated in terms of thickness uniformity and surface finish.
Auch die Separatormaterialien mit temperaturstabiler Schutzschicht müssen möglichst dünn sein, um einen geringen Platzbedarf zu gewährleisten, um den Innenwiderstand klein zu halten und eine große Porosität aufweisen. Diese Eigenschaften werden durch die Beschichtung negativ beeinflusst, da die Beschichtung zu einer Dickenerhöhung der Membran und zu einer erniedrigten Porosität führt und die Oberflächenstruktur der Folie beeinträchtigt. The separator materials with temperature-stable protective layer must be as thin as possible in order to ensure a small footprint, to keep the internal resistance small and have a large porosity. These properties are negatively influenced by the coating, since the coating leads to an increase in the thickness of the membrane and to a reduced porosity and impairs the surface structure of the film.
Grundsätzlich besteht auch immer die Forderung nach höheren Verfahrens- geschwindigkeiten bei der Herstellung der Separatorfolien. Auf Grund der fragilen Netzwerkstruktur sind höhere Verfahrensgeschwindigkeiten bei der Herstellung poröser Folien besonders kritisch, da damit gehäuft Abrisse und Qualtitätsmängel einhergehen, so dass der Prozess insgesamt nicht wirtschaftlicher wird. Polyolefin Separatoren können heute nach verschiedenen Verfahren hergestellt werden: Füllstoffverfahren; Kaltverstreckung, Extraktionsverfahren und ß- Kristallitverfahren. Diese Verfahren unterscheiden sich grundsätzlich durch die verschiedenen Mechanismen, durch welche die Poren erzeugt werden. 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 als Separatoren in einer Hochenergiezelle nicht eingesetzt werden können. In principle, there is always the demand for higher process speeds in the production of the separator films. Due to the fragile network structure, higher process speeds in the production of porous films are particularly critical, since they are associated with frequent breaks and quality deficiencies, so that the process as a whole is not more economical. Polyolefin separators can today be produced by various processes are: filler method; Cold drawing, extraction method and β-crystallite method. These methods basically differ by the different mechanisms by which the pores are generated. 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 wt .-%, which are required to achieve high porosity, affect the mechanical strength despite high draw considerably, so that these products can not be used as separators in a high energy cell.
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. Nachteilig ist in diesem Falle der ökologisch und ökonomisch bedenkliche Extraktionsschritt. 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. The disadvantage in this case is the ecologically and economically questionable extraction step.
Ein älteres aber erfolgreiches Verfahren beruht auf einer Verstreckung der Polymermatrix bei sehr niedrigen Temperaturen (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 entsteht. Insgesamt ist das Verfahren kostenintensiv. An older but successful process relies on stretching the polymer matrix at very low temperatures (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 slides combine high porosity and good mechanical strength in the direction of their stretching, generally the longitudinal direction. However, the mechanical strength in the transverse direction remains poor, whereby the puncture resistance is poor and a high tendency to splice 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 Kristallformen in der Dichte unterscheiden, entstehen auch hier zunächst viele mikroskopische Fehlstellen, die durch die Verstreckung zu Poren aufgerissen werden. 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. Zur Verbesserung der Porosität kann eine höhere Orientierung in Längsrichtung vor der Querstreckung eingebracht werden. Another known process for producing porous films is based on the admixture of β-nucleating agents to polypropylene. As a result of the β-nucleating agent, the polypropylene forms so-called β-crystallites in high concentrations during cooling of the melt. During the subsequent longitudinal stretching, the β phase is converted into the alpha modification of the polypropylene. Since these different crystal forms differ in density, here too many microscopic defects, which are torn to pores by stretching, are initially produced. 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 called hereinafter β-porous films. To improve the porosity, a higher orientation can be introduced in the longitudinal direction before the transverse extension.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung bestand daher darin, eine Folie zur Verfügung zu stellen, die als Separator auch bei sehr hohen Temperaturen oder mechanischer Beschädigung der Batterie eine Isolierung der Elektroden sicherstellt. Diese isolierende Funktion muss auch noch dann erhalten bleiben, wenn die Temperaturen im Inneren der Batterie über dem Schmelzpunkt des Polymeren des Separators liegen. Diese Folie soll dennoch effizient und kostengünstig herstellbar sein. The object of the present invention was therefore to provide a film which, as a separator, ensures insulation of the electrodes even at very high temperatures or mechanical damage to the battery. This insulating function must be retained even if the temperatures inside the battery are above the melting point of the polymer of the separator. This film should still be efficient and inexpensive to produce.
Diese ß-porösen Folien sind grundsätzlich verbesserungsbedürftig. Es wäre wünschenswert ein Verfahren zur Herstellung poröser Folien zur Verfügung zu stellen, welches mit einer schnelleren Verfahrensgeschwindigkeit betrieben werden kann. Hierbei soll eine gute Laufsicherheit gegeben sein. Das bedeutet, daß es bei der Herstellung der Folie nur zu wenigen oder gar keinen Abrissen, auch bei erhöhten Verfahrensgeschwindigkeiten, kommen soll. Ein stetes Anliegen ist die Verbesserung der Porosität, wobei insbesondere durch wenige geschlossene Bereich auf der Folienoberfläche niedrige Gurley Werte erzielt werden sollen. Des Weiteren ist es Aufgabe eine poröse Folie mit geringer Dicke zur Verfügung zu stellen, wobei auch bei niedriger Foliendicke die Herstellung mit hoher Verfahrensgeschwindigkeit möglich sein soll und niedrige Gurley-Werte von der Folie erfüllt werden sollen. These ß-porous films are generally in need of improvement. It would be desirable to have a process for making porous films available which can be operated at a faster process speed. This should be given a good running safety. This means that in the production of the film only a few or no tears, even at elevated process speeds, should come. A constant concern is the improvement of the porosity, whereby low Gurley values are to be achieved in particular by a few closed area on the film surface. Furthermore, it is an object to provide a porous film with a small thickness, wherein even at low film thickness, the production should be possible with high process speed and low Gurley values are to be met by the film.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung bestand somit darin eine poröse Folie mit einem verbesserten Gurley-Wert, d.h. einer guten Durchlässigkeit zur Verfügung zu stellen. A further object of the present invention was therefore a porous film having an improved Gurley value, i. to provide a good permeability.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung bestand darin eine hohe Verfahrensgeschwindigkeit bei der Herstellung von porösen Folie mit niedrigem Gurley Wert zu ermöglichen. Diese und weitere Aufgaben werden gelöst, durch eine biaxial orientierte, ein- oder mehrschichtige poröse Folie, welche mindestens eine poröse Schicht umfasst, wobei diese Schicht mindestens ein Propylenpolymer, ein ß-Nukleierungsmittel und Partikel enthält, wobei die Partikel einen Schmelzpunkt von über 200°C haben und auf einer REM Aufnahme eines Folienmusters von 10mm2 höchsten 1 Agglomerat oder Partikel mit einer Teilchengröße von >1 pm nachweisbar ist. A further object of the present invention was to enable a high process speed in the production of low Gurley porous film. These and other objects are achieved by a biaxially oriented, single or multilayer porous film comprising at least one porous layer, said layer containing at least one propylene polymer, a beta-nucleating agent and particles, wherein the particles have a melting point of over 200 ° C and on an SEM image of a film pattern of 10 mm 2 highest 1 agglomerate or particles with a particle size of> 1 pm is detectable.
Überraschenderweise bieten die Membranen, welche auf der erfindungsgemäßen Folie basieren durch den Zusatz der hochschmelzenden Partikel einen ausreichenden Schutz gegen interne Kurzschlüsse bei der Verwendung als Separator in hochreaktiven Batterien und Akkus. Die Partikel in der Folie bilden selbst bei sehr hohen Temperaturen von über 160°C (Schmelzpunkt von Propylenpolymeren), eine wirksame Isolierung, welche die Elektroden voneinander getrennt hält. Des Weiteren wurde überraschend gefunden, dass der Zusatz von hochschmelzenden Partikeln in der porösen Schicht den Gurley-Wert poröser Folien erniedrigt. Ebenso überraschend ist eine Erhöhung der Verfahrensgeschwindigkeit durch den Zusatz der Partikel möglich. Des Weiteren wurde überraschend gefunden, daß der Zusatz der besagten Partikel die Anzahl der Abrisse, auch bei erhöhten Verfahrensgeschwindigkeiten, wirksam reduziert. Surprisingly, the membranes which are based on the film according to the invention by the addition of high-melting particles provide adequate protection against internal short circuits when used as a separator in highly reactive batteries and rechargeable batteries. The particles in the film form even at very high temperatures of over 160 ° C (melting point of propylene polymers), an effective insulation that keeps the electrodes separate. Furthermore, it has surprisingly been found that the addition of high-melting particles in the porous layer lowers the Gurley value of porous films. Likewise surprisingly, an increase in the process speed by the addition of the particles is possible. Furthermore, it has surprisingly been found that the addition of said particles effectively reduces the number of breaks, even at elevated process speeds.
Des Weiteren wurde überraschenderweise gefunden, daß auch niedrigere Gehalte an ß-kristallinem Polypropylen in der Vorfolie ausreicht, um dennoch Folien mit sehr niedrigen Gurley-Werten herzustellen. Die Erfindung ermöglicht es daher den Gehalt an ß-Nukleierungsmitteln in der porösen Folie zu reduzieren oder sogar ganz auf die ß-Nukleierungsmitel zu verzichten. Furthermore, it has surprisingly been found that even lower contents of β-crystalline polypropylene in the prefilm are sufficient to produce films with very low Gurley values. The invention therefore makes it possible to reduce the content of β-nucleating agents in the porous film or even to dispense entirely with the β-nucleating agent.
Partikel sind im Sinne der vorliegenden Erfindung Teilchen, die einen Schmelzpunkt von über 200°C haben. For the purposes of the present invention, particles are particles which have a melting point above 200 ° C.
Die erfindungsgemäßen ß-porösen Folien können ein- oder mehrschichtig aufgebaut sein und umfassen mindestens eine poröse Schicht, die aus Propylenpolymeren, vorzugsweise Propylenhomopolymeren und/oder Propylen- blockcopolymeren, aufgebaut ist und im Allgemeinen mindestens ein ß- Nukleierungsmittel, sowie erfindungsgemäß hochschmelzende Partikel 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. Geeignete Propylenhomopolymere für die poröse Schicht 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 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-lsotaktizität von 90 bis <96%, die gleichfalls eingesetzt werden können). The β-porous films according to the invention may have one or more layers and comprise at least one porous layer which is composed of propylene polymers, preferably propylene homopolymers and / or propylene block copolymers, and generally contains at least one β-nucleating agent and high-melting particles according to the invention. 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. Suitable propylene homopolymers for the porous layer contain 98 to 100% by weight, preferably 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 from 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 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) can be used. These raw materials are known in the art as HIPP polymers (high isotactic polypropylenes) or HCPP (high crystalline polypropylenes) and are characterized by a high stereoregularity of the polymer chains, higher crystallinity and a higher melting point (compared to 13 C propylene polymers -NMR isotacticity of 90 to <96%, which can also be used).
Propylen-Blockcopolymere haben einen Schmelzpunkt von über 140 bis 170°C, vorzugsweise von 145 bis 165°C, insbesondere 150 bis 160°C und einen Schmelzebereich der bei über 120°C, vorzugsweise in einem Bereich von 125 - 160°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 have a melting point of about 140 to 170 ° C, preferably from 145 to 165 ° C, in particular 150 to 160 ° C and a melt range of over 120 ° C, preferably in a range of 125 - 160 ° 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. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die poröse Schicht nur aus Propylenhomopolymer und/oder Propylenblockcopolmyer und ß-Nukleierungsmittel und Partikeln, sowie gegebenenfalls Stabilisator und Neutralisationsmittel aufgebaut. In einer weiteren Ausführungsform ist die poröse Schicht nur aus Propylenhomopolymer und/oder Propylenblockcopolmyer und Partikeln, sowie gegebenenfalls Stabilisator und Neutralisationsmittel aufgebaut. Diese Ausführungsformen enthalten kein ß-Nukleierungsmittel. 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. 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. In a preferred embodiment, the porous layer is composed only of propylene homopolymer and / or Propylenblockcopolmyer and ß-nucleating agents and particles, and optionally stabilizer and neutralizing agent. In a further embodiment, the porous layer is composed only of propylene homopolymer and / or Propylenblockcopolmyer and particles, and optionally stabilizer and neutralizing agent. These embodiments do not contain a β-nucleating agent. 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 well as 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 cc-kristalline Polypropylen, 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 α-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 From polypropylene, various crystalline phases are known. When a melt is cooled, usually the predominantly cc-crystalline polypropylene is formed, the melting point of which is in the range of 155-170 ° C., preferably 158-162 ° C. By a certain temperature control, a small proportion of β-crystalline phase can be produced when cooling the melt, which has a significantly lower melting point than the monoclinic α-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
Phthalsäure. 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 Propylenhomo- polymerschmelze 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 Caiciumpimelat oder Caiciumsuberat wie in DE 4420989 beschrieben, auf die ebenfalls ausdrücklich Bezug genommen wird. Auch die in EP-0557721 beschriebenen Dicarboxamide, insbesondere N,N-Dicyclohexyl-2,6-Naphtalen- dicarboxamide, sind geeignete ß-Nukleierungsmittel. Zusätzlich zu den ß-Nukleierungsmitteln sind die Einhaltung eines bestimmten Temperaturbereiches und Verweilzeiten bei diesen Temperaturen beim Abkühlen des unverstreckten Schmelzefilms für die Erzielung eines hohen Anteils an ß- kristallinem Polypropylen wichtig. Die Abkühlung des Schmelzefilms erfolgt vorzugsweise bei einer Temperatur von 60 bis 140°C, insbesondere 80 bis 130°C, beispielsweise 85 bis 128°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 notwendigen Verweilzeiten bei den gewählten Temperaturen ausreichend lange sind. Da die vorliegende Erfindung erhöhte Verfahrensgeschwindigkeiten ermöglicht können im erfindungsgemäßen Verfahren auch die Abzugsgeschwindigkeiten grundsätzlich in einem, für poröse Folien relativ breiten Bereich, variieren. Die Abzugsgeschwindigkeit beträgt im Allgemeinen 1 bis 100m/min, vorzugsweise 1 ,2 bis 60m/min, insbesondere 1 ,3 bis 40m/min und besonders bevorzugt 1 ,5 bis 25m/min oder 1 bis 20 m/min. Die Verweilzeit könne entsprechend verlängert oder verkürzt werden und betragen beispielsweise 10 bis 300s; vorzugsweise 20 bis 200s. Phthalic acid. For the purposes of the present invention, highly active β-nucleating agents are preferably used which, on cooling a propylene homopolymer 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 Caiciumpimelat or Caiciumsuberat as described in DE 4420989, which is also incorporated by reference. The dicarboxamides described in EP-0557721, in particular N, N-dicyclohexyl-2,6-naphthalenedicarboxamides, are also suitable β-nucleating agents. In addition to the β-nucleating agents, maintaining a certain temperature range and residence times at these temperatures when cooling the unstretched melt film is important for obtaining a high level of β-crystalline polypropylene. The cooling of the melt film is preferably carried out at a temperature of 60 to 140 ° C, in particular 80 to 130 ° C, for example 85 to 128 ° C. A slow cooling also promotes the growth of β-crystallites, therefore, the take-off speed, ie, the rate at which the melt film passes over the first chill roll, should be slow so that the necessary residence times at the selected temperatures are sufficiently long. Since the present invention enables increased process speeds, in the process according to the invention, the take-off speeds can in principle also vary in a range which is relatively broad for porous films. The take-off speed is generally 1 to 100 m / min, preferably 1.2 to 60 m / min, in particular 1.3 to 40 m / min and particularly preferably 1.5 to 25 m / min or 1 to 20 m / min. The residence time could be extended or shortened accordingly and are for example 10 to 300s; preferably 20 to 200s.
Die poröse Schicht enthält im allgemeinen 40 bis <98 Gew.-%, vorzugsweise 40 bis 90 Gew.-%, Propylenhomopolymere und/oder Propylenblockcopolymer und im Allgemeinen 0,001 bis 5 Gew.-%, vorzugsweise 50 bis 10.000 ppm mindestens eines ß-Nukleierungsmittels und 2 bis <70 Gew.-% Partikel, bezogen auf das Gewicht der porösen Schicht. Für Ausführungsformen ohne ß-Nukleierungsmittel in der porösen Schicht wird der Anteil an Propylenhomopolymeren und/oder Propylenblockcopolymeren entsprechend erhöht. 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 porösen 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 Schicht übliche Stabilisatoren und Neutralisationsmittel, sowie gegebenenfalls weitere Additive, in den üblichen geringen Mengen von unter 2 Gew.-% enthalten. The porous layer generally contains 40 to <98% by weight, preferably 40 to 90% by weight, of propylene homopolymer and / or propylene block copolymer and generally 0.001 to 5% by weight, preferably 50 to 10,000 ppm of at least one β-nucleating agent and 2 to <70% by weight of particles based on the weight of the porous layer. For embodiments without ß-nucleating agent in the porous layer, the proportion of propylene homopolymers and / or propylene block copolymers is increased accordingly. In the event that further polyolefins are contained in the layer, the proportion of the propylene homopolymer or the block copolymer is reduced accordingly. In general, the amount of the additional polymers in the porous 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 will be reduced if higher levels of up to 5 weight percent nucleating agent are employed. In addition, the layer conventional stabilizers and neutralizing agents, and optionally further additives, in the usual small amounts of less than 2 wt .-%.
In einer bevorzugten Ausführungsform enthält die poröse Schicht als Polymere eine Mischung aus Propylenhomopolymer und Propylenblockcopolymer. Die poröse Schicht enthält in diesen Ausführungsformen im Allgemeinen 10 bis 93Gew.-%, vorzugsweise 20 bis 90Gew.-%, Propylenhomopolymere und 5 bis 88 Gew.-%, vorzugsweise 10 bis 60 Gew.-% Propylenblockcopolymere und 0,001 bis 5 Gew.-%, vorzugsweise 50 bis 10.000 ppm mindestens eines ß-Nukleierungsmittels und 2 bis 60 Gew.-% Partikel, bezogen auf das Gewicht der porösen 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. 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. Die poröse Folie kann ein- oder mehrschichtig sein. Die Dicke der Folie liegt im Allgemeinen in einem Bereich von 10 bis 100 pm, vorzugsweise 15 bis 60 μιη, beispielsweise 15 bis 40pm. Die poröse Folie kann auf ihrer Oberfläche mit einer Corona, Flamm- oder Plasmabehandlung versehen werden, beispielsweise um die Befüllung mit Elektrolyten zu verbessern und/oder die Hafteigenschaften zu verbessern. Durch den erfindungsgemäßen Zusatz der Partikel können auch poröse Folien mit einer Dicke von unter 25pm mit einer erhöhten Verfahrensgeschwindigkeit und/oder wenigen Abrissen hergestellt werden. In a preferred embodiment, the porous layer contains as polymers a mixture of propylene homopolymer and propylene block copolymer. The porous layer in these embodiments generally contains 10 to 93% by weight, preferably 20 to 90% by weight, of propylene homopolymers and 5 to 88% by weight, preferably 10 to 60% by weight of propylene block copolymers and 0.001 to 5% by weight. %, preferably 50 to 10,000 ppm of at least one β-nucleating agent and 2 to 60 wt .-% of particles, based on the weight of the porous layer, and optionally the aforementioned additives such as stabilizers and neutralizing agents. Again, it is true that more polyolefins in an amount of 0 to <10 wt .-%, preferably 0 to 5 wt .-%, in particular 0.5 to 2 wt .-% may be contained, and the proportion of propylene homopolymer or of the block copolymer is then reduced accordingly. 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. The porous film may be single or multi-layered. The thickness of the film is generally in a range of 10 to 100 .mu.m, preferably 15 to 60 μιη, for example 15 to 40pm. The porous film may be provided on its surface with a corona, flame or plasma treatment, for example, to improve the filling with electrolytes and / or to improve the adhesive properties. The addition of the particles according to the invention also makes it possible to produce porous films having a thickness of less than 25 μm with an increased process speed and / or few tears.
In einer einfachen Ausführungsform ist die Folie einschichtig und besteht dann nur aus der vorstehend beschriebenen partikel-haltige porösen Schicht. In diesem Fall beträgt der Anteil an Partikeln vorzugsweise 5 bis 50 Gew.-%, insbesondere 10 - 40 Gew.% bezogen auf das Gewicht der Folie. In a simple embodiment, the film is single-layered and then consists only of the above-described particle-containing porous layer. In this case, the proportion of particles is preferably 5 to 50% by weight, in particular 10 to 40% by weight, based on the weight of the film.
In einer weiteren Ausführungsform ist die Folie mehrschichtig und umfaßt mindestens zwei der vorstehend beschriebenen partikel-haltigen porösen Schichten, wobei sich diese hinsichtlich Partikelgehalt und/oder Polymeren unterscheiden. In a further embodiment, the film is multi-layered and comprises at least two of the above-described particle-containing porous layers, these differing in terms of particle content and / or polymers.
In einer weiteren Ausführungsform ist die partikel-haltige poröse Schicht eine einseitige äußere Deckschicht I auf einer weiteren porösen Schicht II. In diesem Fall beträgt der Anteil an Partikeln in der Deckschicht I vorzugsweise 10 bis 70 Gew.-%, insbesondere 15 bis 60Gew.% bezogen auf das Gewicht der Deckschicht I. Diese Folien umfassen dann mindestens die partikelhaltige poröse Deckschicht I und eine weitere poröse Schicht II. In a further embodiment, the particle-containing porous layer is a one-sided outer cover layer I on a further porous layer II. In this case the proportion of particles in the cover layer I is preferably from 10 to 70% by weight, in particular from 15 to 60% by weight, based on the weight of the cover layer I. These films then comprise at least the particle-containing porous cover layer I and a further porous layer II.
In einer weiteren Ausführungsform sind partikelhaltige poröse Schichten beidseitig als äußere Deckschichten auf eine poröse Schicht II aufgebracht. In diesem Fall beträgt der Anteil an Partikeln in den beiden Deckschichten jeweils unabhängig voneinander vorzugsweise 10 bis 70 Gew.-%, insbesondere 15 bis 60 Gew.% bezogen auf das Gewicht der jeweiligen Deckschicht. In a further embodiment, particle-containing porous layers are applied to both sides as outer cover layers on a porous layer II. In this case, the proportion of particles in the two cover layers is in each case independently of one another preferably from 10 to 70% by weight, in particular from 15 to 60% by weight, based on the weight of the respective cover layer.
Diesen Ausführungsformen ist gemeinsam, dass alle Schichten der Folie porös sind und somit auch die Folien selbst, die aus diesen Schichtaufbauten resultieren, poröse Folien sind. In den mehrschichtigen Ausführungsform können die jeweilige Zusammensetzung der partikel-haltigen Schicht/en I und/oder Schichten II gleich oder verschieden sein. These embodiments have in common that all layers of the film are porous and thus also the films themselves, which result from these layer structures, are porous films. In the multi-layered embodiment, the particular composition of the particle-containing layer (s) I and / or layers II may be the same or different.
Die weitere/n poröse/n Schicht/en II sind grundsätzlich, wie die vorstehend beschriebene partikelhaltige poröse Schicht aufgebaut, wobei jedoch keine Partikel enthalten sind. Der Anteil an Propylenpolymeren ist in diesen porösen Schichten II entsprechend erhöht. Die weitere/n poröse/n Schicht/en ist/sind somit wie folgt zusammen gesetzt. The other porous layer (s) II are basically constructed like the particle-containing porous layer described above, but no particles are included. The proportion of propylene polymers is correspondingly increased in these porous layers II. The further porous layer (s) is / are thus composed as follows.
Die weitere poröse Schicht II enthält im allgemeinen 45 bis < 100 Gew.-%, vorzugsweise 50 bis 95 Gew.-%, Propylenhomopolymere und/oder Propylenblockcopolymer und 0,001 bis 5 Gew.-%, vorzugsweise 50 - 10.000 ppm mindestens eines ß-Nukleierungsmittels, bezogen auf das Gewicht der porösen Schicht. Für den Fall, dass weitere Polyolefine in der Schicht II enthalten sind, wird der Anteil des Propylenhomopolymeren oder des Blockcopolymeren entsprechend reduziert. Im Allgemeinen wird die Menge der zusätzlichen Polymeren in der Schicht II 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 auch die Schicht II übliche Stabilisatoren und Neutralisationsmittel, sowie gegebenenfalls weitere Additive, in den üblichen geringen Mengen von unter 2 Gew.-% enthalten. The further porous layer II generally contains 45 to <100 wt .-%, preferably 50 to 95 wt .-%, propylene homopolymer and / or propylene block copolymer and 0.001 to 5 wt .-%, preferably 50 - 10,000 ppm of at least one ß-nucleating agent , based on the weight of the porous layer. In the event that further polyolefins are contained in the layer II, the proportion of propylene homopolymer or of the block copolymer is reduced accordingly. In general, the amount of additional polymers in the Layer II 0 to <10 wt .-%, preferably 0 to 5 wt .-%, in particular 0.5 to 2 wt .-% amount, if they are additionally included. 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 layer II conventional stabilizers and neutralizing agents, and optionally further additives, in the usual small amounts of less than 2 wt .-%.
In weiteren Ausführungsformen der Erfindung kann die poröse Schicht auch mit zusätzlichen nicht-porösen Schichten kombiniert werden, wenn beispielsweise die spezielle Porenstruktur für andere Zwecke genutzt werden soll. Diese Folien weisen dann keine Gasdurchlässigkeit auf und umfassen mindestens eine poröse partikel- haltige Schicht I als Deckschicht/en, innere Zwischenschicht/en oder als Basisschicht einer mehrschichtigen Ausführungsform der Folie. In further embodiments of the invention, the porous layer can also be combined with additional non-porous layers, if, for example, the special pore structure is to be used for other purposes. These films then have no gas permeability and comprise at least one porous particle-containing layer I as cover layer (s), inner intermediate layer (s) or as base layer of a multilayered embodiment of the film.
Die Dichte der porösen Folie bzw. der porösen Schicht liegt im Allgemeinen in einem Bereich von 0,1 bis 0,6 g/cm3, vorzugsweise 0,2 bis 0,5 g/cm3. Die Dichte der Folie für Ausführungsformen mit weiteren nicht porösen Schichten kann in einem sehr weiten Bereich variieren. The density of the porous film or the porous layer is generally in a range of 0.1 to 0.6 g / cm 3 , preferably 0.2 to 0.5 g / cm 3 . The density of the film for embodiments with other non-porous layers can vary within a very wide range.
Die erfindungsgemäßen porösen Folien zeichnen sich durch die folgenden weiteren Eigenschaften aus: The porous films according to the invention are distinguished by the following further properties:
Die maximale Porengröße gemessen (mittels Bubble Point) der erfindungsgemäßen porösen Folie beträgt im Allgemeinen <350nm und liegt vorzugsweise im Bereich von 20 bis 350nm, insbesondere von 40 bis 300nm, besonders bevorzugt 40 bis 200nm. Der mittlere Porendurchmesser sollte im Allgemeinen im Bereich von 20 bis 150nm, bevorzugt im Bereich von 30 bis 100nm, insbesondere im Bereich von 30 bis 80nm liegen. Die Porosität der porösen Folie liegt im Allgemeinen in einem Bereich von 30 bis 80%, vorzugsweise 50 bis 70%. Die erfindungsgemäße Folie zeichnet sich vorzugsweise durch einen Gurley Wert von unter 500s/100cm3, insbesondere von unter 200s/100cm3, insbesondere von 10 bis 150s/100cm3 aus. The maximum pore size measured (by bubble point) of the porous film according to the invention is generally <350 nm and is preferably in the range from 20 to 350 nm, in particular from 40 to 300 nm, particularly preferably from 40 to 200 nm. The mean pore diameter should generally be in the range from 20 to 150 nm, preferably in the range from 30 to 100 nm, in particular in the range from 30 to 80 nm. The porosity of the porous film is generally in a range of 30 to 80%, preferably 50 to 70%. The film of the invention is preferably characterized by a Gurley value of less than 500s / 100cm 3 , in particular of less than 200s / 100cm 3 , in particular from 10 to 150s / 100cm 3 from.
Der Zusatz der Partikel in der porösen Schicht führt zu überraschenden Effekten, welche in unterschiedlicher Weise vorteilhaft genutzt werden können. Es wurde gefunden, dass die Partikel eine Trennung der Elektroden sicherstellen, auch wenn die Temperatur im inneren der Batterie die Schmelztemperatur der Polymeren überschreitet. Diese Schutzwirkung funktioniert sowohl bei Separatoren deren Poren bei Temperaturerhöhung schließen, als auch bei Separatoren ohne diese sogenannte Abschaltfunktion (Erhöhung des Gurley-Wertes der porösen Folie bei hohen Temperaturen). Damit bieten Separatoren aus der erfindungsgemäßen porösen Folie einen besseren Schutz vor Batteriebränden oder sogar Explosionen infolge von Kurzschlüssen, mechanischen Beschädigungen oder Überhitzung. Überraschenderweise wirken sich die Partikelzusätze vorteilhaft auf die Gas- Durchlässigkeit der Folien aus. Durch den Zusatz der Partikel wird der Gurley Wert gegenüber einer Folie mit einer analogen Zusammensetzung ohne Partikel reduziert. Dies überrascht vor dem Hintergrund, dass die Partikel selbst in der Regel keine ß-nukleierende Wirkung entfalten. Darüber hinaus ist im Stand der Technik bekannt, dass Partikel mit einer Teilchengröße von weniger als 1 pm in einer Polypropylenmatrix auch keine Vakuolen- oder Poren-bildende Wirkung haben. Es ist daher nicht verstanden wie oder warum diese Partikel zu einem niedrigeren Gurley Wert beitragen. Dabei zeigt sich des Weiteren völlig unerwartet, dass der Zusatz der Partikel, nicht wie ursprünglich erwartet, häufigere Abrisse bei der Herstellung der Folie verursacht. Dies überrascht, da im Stand der Technik bekannt ist, dass beispielsweise Agglomerate von Nukleierungsmitteln dazu führen, dass die Abrisshäufigkeit signifikant ansteigt. Neuere Patentanmeldungen beschreiben, wie man eine gleichmäßige Verteilung von Nukleierungsmitteln mit einer Teilchengröße von 5 bis 50nm ohne Agglomeration in Polypropylen erreicht, um damit die Verfahrenssicherheit bei der Herstellung von ß-porösen Folien zu erhöhen (WO201 1047797A1). Die erfindungsgemäß zugesetzten Partikel mit einem Schmelzpunkt von über 200°C umfassen anorganische und organische Partikel. Im Sinne der vorliegenden Erfindung sind Partikel keine Substanzen, welche zu einem höheren Anteil von ß- kristallinem Polypropylen führen. Sie sind somit keine ß-Nukleierungsmittel. Partikel sind im Sinne der vorliegenden Erfindung nicht-vakuoleninitierende Partikel. Vorzugsweise sind die erfindungsgemäß eingesetzten Partikel in etwa sphärische Partikel oder sphärische Partikel. The addition of the particles in the porous layer leads to surprising effects, which can be used advantageously in different ways. It has been found that the particles ensure separation of the electrodes, even if the temperature inside the battery exceeds the melting temperature of the polymers. This protective effect works both in separators whose pores close when the temperature increases, and in separators without this so-called shut-off function (increasing the Gurley value of the porous film at high temperatures). Thus, separators of the porous film of the present invention provide better protection against battery fires or even explosions due to short circuits, mechanical damage or overheating. Surprisingly, the particle additives have an advantageous effect on the gas permeability of the films. The addition of the particles reduces the Gurley value compared to a film with an analog composition without particles. This is surprising against the background that the particles themselves usually do not develop a β-nucleating effect. In addition, it is known in the art that particles having a particle size of less than 1 pm in a polypropylene matrix also have no vacuolene or pore-forming action. It is therefore not understood how or why these particles contribute to a lower Gurley value. Furthermore, it is completely unexpected that the addition of the particles, not as originally expected, causes more frequent breaks in the production of the film. This is surprising, since it is known in the art that, for example, agglomerates of nucleating agents cause the frequency of tearing to increase significantly. Recent patent applications describe how to achieve a uniform distribution of nucleating agents having a particle size from 5 to 50 nm achieved without agglomeration in polypropylene, in order to increase the process safety in the production of ß-porous films (WO201 1047797A1). The inventively added particles having a melting point of about 200 ° C include inorganic and organic particles. For the purposes of the present invention, particles are not substances which lead to a higher proportion of β-crystalline polypropylene. They are thus not ß-nucleating agents. For the purposes of the present invention, particles are non-vacuole-initiating particles. The particles used according to the invention are preferably approximately spherical particles or spherical particles.
Vakuoleninitierende Partikel sind im Stand der Technik bekannt und erzeugen in einer Polypropylenfolie beim Verstrecken Vakuolen. Vakuolen sind geschlossene Hohlräume und erniedrigen ebenfalls die Dichte der Folie gegenüber der rechnerischen Dichte der Ausgangsstoffe. Demgegenüber weisen poröse Folien oder Schichten ein Netzwerk aus untereinander verbundenen Poren auf. Poren sind somit keine geschlossenen Hohlräume. Sowohl poröse Folien als auch vakuolenhaltige Folien haben eine Dichte von unter 0,9g/cm3. Die Dichte von vakuolenhaltigen biaxial verstreckten Polypropylenfolien beträgt im Allgemeinen 0,5 bis <0,85/cm3. Im Allgemeinen ist bei Partikeln eine Teilchengröße von über 1 pm erforderlich, um als vakuoleninitierendes Teilchen in einer Polypropylenmatrix zu wirken. Es kann an Hand einer Referenzfolie aus Propylenhomopolymer geprüft werden, ob Partikel vakuoleninitierende Teilchen sind oder nicht- vakuoleninitierende Teilchen sind. Vacuum-initiating particles are known in the art and produce vacuoles in a polypropylene film when stretched. Vacuoles are closed cavities and also lower the density of the film compared to the theoretical density of the starting materials. In contrast, porous films or layers have a network of interconnected pores. Pores are thus no closed cavities. Both porous films and vacuole-containing films have a density of less than 0.9 g / cm 3 . The density of vacuolated biaxially oriented polypropylene films is generally 0.5 to <0.85 / cm 3 . In general, a particle size greater than 1 μm is required for particles to act as a vacuole-initiating particle in a polypropylene matrix. It can be tested by means of a reference film of propylene homopolymer whether particles are vacuole-initiating particles or are non-vacuole-initiating particles.
Hierfür wird eine biaxial verstreckte Folie aus Propylenhomopolymer und 8 Gew.-% der zu prüfenden Partikel nach einem gängigen boPP-Verfahren hergestellt. Dabei werden übliche Streckbedingungen angewendet (Längsstreckfaktor 5 bei Strecktemperatur 110°C und Querstreckfaktor 9 bei einer Querstrecktemperatur von 140°C). Anschließend wird die Dichte der Folie ermittelt. Liegt die Dichte der Folie <0,85g/cm3 sind die Partikel vakuoleninitierende Partikel. Liegt die Dichte der Folie über 0,85g/cm3, vorzugsweise über 0,88g/cm3, insbesondere über >0,9g/cm3 handelt es sich um nicht-vakuoleninitierende Partikel im Sinne der vorliegenden Erfindung. For this purpose, a biaxially stretched film of propylene homopolymer and 8 wt .-% of the particles to be tested is prepared by a common boPP process. Conventional stretching conditions are used (elongation factor 5 at a stretching temperature of 110 ° C. and a transverse stretching factor of 9 at a transverse stretching temperature of 140 ° C). Subsequently, the density of the film is determined. If the density of the film is <0.85 g / cm 3 , the particles are vacuole-initiating particles. If the density of the film is above 0.85 g / cm 3 , preferably above 0.88 g / cm 3 , in particular above> 0.9 g / cm 3, these are non-vacuole-initiating particles in the sense of the present invention.
Anorganische Partikel im Sinne der vorliegenden Erfindung sind alle natürlichen oder synthetischen Mineralien, sofern sie die den vorstehend genannten Schmelzpunkt von über 200°C aufweisen. Anorganische Partikel umfassen im Sinne der vorliegenden Erfindung Materialien auf Basis von Silikat-Verbindungen, oxydische Rohstoffe, beispielsweise Metalloxide und nicht-oxydische und nichtmetallische Rohstoffe. Inorganic particles in the context of the present invention are all natural or synthetic minerals, provided they have the above-mentioned melting point above 200 ° C. Inorganic particles for the purposes of the present invention comprise materials based on silicate compounds, oxidic raw materials, for example metal oxides and non-oxidic and non-metallic raw materials.
Anorganische Partikel sind beispielsweise Aluminiumoxid, Aluminiumsulfat, Bariumsulfat, Calciumcarbonat, Magnesiumcarbonat, Silicate wie Aluminiumsilicat (Kaolinton) und Magnesiumsilicat (Talkum) und Siliciumdioxid, worunter Titandioxid, Calciumcarbonat und Siliciumdioxid bevorzugt eingesetzt werden. Inorganic particles are, for example, alumina, aluminum sulfate, barium sulfate, calcium carbonate, magnesium carbonate, silicates such as aluminum silicate (kaolin clay) and magnesium silicate (talc) and silica, among which titanium dioxide, calcium carbonate and silica are preferably used.
Geeignete Silikate umfassen Materialien die einen SiO4-Tetraeder aufweisen, beispielsweise Schicht- oder Gerüst-Silikate. Geeignete oxydische Rohstoffe, insbesondere Metalloxide, sind beispielweise Aluminiumoxide, Zirkonoxide, Bariumtitanat, Bleizirkoniatitanate, Ferrite und Zinkoxid. Geeignete nicht-oxydische und nicht-metallische Rohstoffe sind beispielweise Siliziumcarbid, Siliziumnitrid, Aluminiumnitrid, Bornitrid, Titanborid und Molybdänsilicid. Suitable silicates include materials having a SiO4 tetrahedron, for example, layer or framework silicates. Suitable oxidic raw materials, in particular metal oxides, are, for example, aluminum oxides, zirconium oxides, barium titanate, lead zirconium titanates, ferrites and zinc oxide. Suitable non-oxidic and non-metallic raw materials are, for example, silicon carbide, silicon nitride, aluminum nitride, boron nitride, titanium boride and molybdenum silicide.
Bevorzugt sind Oxide der Metalle AI, Zr, Si, Sn, Ti und/oder Y. Die Herstellung solcher Partikel ist beispielsweise in DE-A-10208277 detailliert beschrieben. Oxides of the metals Al, Zr, Si, Sn, Ti and / or Y are preferred. The preparation of such particles is described in detail, for example, in DE-A-10208277.
Bevorzugt sind insbesondere Partikel auf Basis von Oxiden des Siliciums mit der Summenformel S1O2, sowie gemischte Oxide mit der Summenformel AINaSiO2 und Oxide des Titans mit der Summenformel ΤΊΟ2, wobei diese in kristalliner, amorpher oder gemischter Form vorliegenden können. Particularly preferred are particles based on oxides of silicon having the empirical formula S1O2, and mixed oxides having the empirical formula AINaSiO2 and Oxides of titanium with the molecular formula ΤΊΟ2, which may be present in crystalline, amorphous or mixed form.
Die bevorzugten Titandioxid-Partikel bestehen im Allgemeinen zu mindestens 95 Gew.-% aus Rutil und werden bevorzugt mit einem Überzug aus anorganischen Oxiden eingesetzt, wie er üblicherweise als Überzug für TiO2-Weißpigment in Papieren oder Anstrichmitteln zur Verbesserung der Lichtechtheit verwendet wird. TiO2-Partikel mit einem Überzug werden z. B. in der EP-A-0 078 633 und EP-A- 0 044 515 beschrieben. The preferred titanium dioxide particles are generally at least 95% by weight rutile and are preferably used with a coating of inorganic oxides commonly used as a coating for TiO 2 white pigment in papers or paints to improve light fastness. TiO 2 particles with a coating are z. In EP-A-0 078 633 and EP-A-0 044 515.
Gegebenenfalls enthält der Überzug auch organische Verbindungen mit polaren und unpolaren Gruppen. Bevorzugte organische Verbindungen sind Alkanole und anionische und kationische Tenside mit 8 bis 30 C-Atomen in der Alkylgruppe, insbesondere Fettsäuren und primäre n-Alkanole mit 12 bis 24 C-Atomen, sowie Polydiorganosilo-xane und/oder Polyorganohydrogensiloxane wie Polydimethylsiloxan und Polymethylhydrogensiloxan. Optionally, the coating also contains organic compounds having polar and nonpolar groups. Preferred organic compounds are alkanols and anionic and cationic surfactants having 8 to 30 carbon atoms in the alkyl group, in particular fatty acids and primary n-alkanols having 12 to 24 carbon atoms, and polydiorganosiloxanes and / or polyorganohydrogensiloxanes such as polydimethylsiloxane and polymethylhydrogensiloxane.
Der Überzug auf den TiO2-Teilchen besteht gewöhnlich aus 1 bis 12 g, insbesondere 2 bis 6 g, anorganischer Oxide, gegebenenfalls sind zusätzlich 0,5 bis 3 g, insbesondere 0,7 bis 1 ,5 g, organische Verbindungen, jeweils bezogen auf 100 g TiO2-Teilchen, enthalten. Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn die TiO2-Teilchen mit AI2O3 oder mit AI2O3 und Polydimethylsiloxan beschichtet sind. The coating on the TiO 2 particles usually consists of 1 to 12 g, in particular 2 to 6 g, of inorganic oxides, optionally in addition 0.5 to 3 g, in particular 0.7 to 1, 5 g, organic compounds, respectively to 100 g of TiO 2 particles. It has proved to be particularly advantageous if the TiO 2 particles are coated with Al 2 O 3 or with Al 2 O 3 and polydimethylsiloxane.
Weitere geeignete anorganischen Oxide sind die Oxide von Aluminium, Silicium, Zink oder Magnesium oder Mischungen aus zwei oder mehreren dieser Verbindungen. Sie werden aus wasserlöslichen Verbindungen, z. B. Alkali-, insbesondere Natriumaluminat, Aluminiumhydroxid, Aluminiumsulfat, Aluminiumnitrat, Natriumsilikat oder Kieselsäure, in der wässrigen Suspension ausgefällt. Organische Partikel basieren auf Polymeren, die mit den Propylenpolymeren der porösen partikel-haltigen Schicht unverträglich sind. Organische Partikel basieren vorzugsweise auf Copolymeren von cyclischen Olefinen (COC) wie in EP-A-O 623 463 beschrieben, Polyestern, Polystyrolen, Polyamiden, halogenierte organische Polymeren, wobei Polyester wie beispielsweise Polybutylenterephthalate und Cycloolefincopolymere bevorzugt sind. Die organischen Partikel sollten mit den Polypropylenen unverträglich sein. Unverträgliche bedeutet im Sinne der vorliegenden Erfindung, dass das Material bzw. das Polymere in der Folie als separates Teilchen vorliegt. Other suitable inorganic oxides are the oxides of aluminum, silicon, zinc or magnesium or mixtures of two or more of these compounds. They are made of water-soluble compounds, for. For example, alkali metal, in particular sodium aluminate, aluminum hydroxide, aluminum sulfate, aluminum nitrate, sodium silicate or silica precipitated in the aqueous suspension. Organic particles are based on polymers which are incompatible with the propylene polymers of the porous particle-containing layer. Organic particles are preferably based on copolymers of cyclic olefins (COC) as described in EP-A-0 623 463, polyesters, polystyrenes, polyamides, halogenated organic polymers, with polyesters such as polybutylene terephthalates and cycloolefin copolymers being preferred. The organic particles should be incompatible with the polypropylenes. Incompatible in the sense of the present invention means that the material or the polymer is present in the film as a separate particle.
Die Partikel haben eine Schmelztemperatur von mindestens 200°C, insbesondere mindestens 250°C, ganz besonders bevorzugt mindestens 300°C. Darüber hinaus sollen die genannten Partikel bei den genannten Temperaturen im Allgemeinen auch keine Zersetzung erfahren. Die vorgenannten Angaben können mittels bekannter Methoden, z.B. DSC (Differential Scanning Calorimetrie) oder TG (Thermogravimetrie) bestimmt werden. The particles have a melting temperature of at least 200 ° C., in particular at least 250 ° C., very particularly preferably at least 300 ° C. In addition, the said particles generally do not undergo decomposition at the temperatures mentioned. The aforementioned information can be determined by known methods, e.g. DSC (differential scanning calorimetry) or TG (thermogravimetry) can be determined.
Die bevorzugten anorganischen Partikel haben im Allgemeinen Schmelzpunkte im Bereich von 500 bis 4000°C, bevorzugt 700 bis 3000°C, insbesondere 800 bis 2500°C. Der Schmelzpunkt von TiO2 liegt beispielsweise bei ca. 1850°C. The preferred inorganic particles generally have melting points in the range of 500 to 4000 ° C, preferably 700 to 3000 ° C, especially 800 to 2500 ° C. The melting point of TiO 2 is, for example, about 1850 ° C.
Organische Partikel, die eingesetzt werden, haben auch einen Schmelzpunkt von über 200°C und sollen insbesondere bei den genannten Temperaturen keine Zersetzung erfahren. Organic particles that are used also have a melting point of over 200 ° C and should not be decomposed, especially at the temperatures mentioned.
Es ist vorteilhaft, dass die Partikel eine mittlere Teilchengröße von höchstens 1 pm aufweisen, da größere Teilchen zu vermehrten Abrissen bei der Herstellung der Folie führen. Bevorzugt sind mittlere Teilchengrößen von 10 bis 800nm, insbesondere von 50 bis 500nm. Die Partikel sollten in möglichst agglomerat-freier feiner Verteilung in der porösen Schicht vorliegen, da ansonsten auch wenige Agglomerate ab einer gewissen kritischen Größe, von beispielsweise >1 μιη, insbesondre von 1 bis 3μηι auch in geringer Zahl die Abrißhäufigkeit erhöhen. Die mittlere Teilchengröße trägt somit dazu bei, daß die Folie keine oder weniger als 1 Agglomerat mit einer Teilchengröße von >1 μιη enthält, wobei dies an einer Folieprobe von 10mm2 mittels REM-Aufnahmen festgestellt wird. In gleicher Weise gilt auch für einzelne nicht-agglomerierte Teilchen, daß diese eine Größe (absolut) von unter einem 1 m aufweisen. Entsprechend zeigt die besagte Folienprobe von 10mm2 auch weniger als eines oder keine nicht-agglomerierten Teilchen mit einer Teilchengröße von mehr als 1 μιη. Durch Auswahl von Partikeln, die wenig oder gar nicht zum agglomerieren neigen, sowie eine kleine mittlere Teilchengröße aufweisen und eine derartige Teilchengröße-Verteilung haben, daß keine oder nur vereinzelte Teilchen mit einer Teilchengröße von >1 μηη vorliegen können poröse Folien hergestellte werden und die unterschiedlichsten Vorteile der Erfindung realisiert werden. It is advantageous that the particles have an average particle size of at most 1 pm, since larger particles lead to increased breaks in the production of the film. Preferred are average particle sizes of 10 to 800 nm, in particular from 50 to 500 nm. The particles should be in as agglomerate-free fine distribution in the porous layer, otherwise few Agglomerates from a certain critical size of, for example,> 1 μιη, insbesondre of 1 to 3μηι also in small numbers increase the frequency of tearing. The average particle size thus contributes to the fact that the film contains no or less than 1 agglomerate with a particle size of> 1 μιη, wherein this is detected on a film sample of 10mm 2 by means of SEM images. In the same way, individual non-agglomerated particles also have a size (absolute) of less than 1 m. Accordingly, the said film sample of 10 mm 2 also shows less than one or no non-agglomerated particles with a particle size of more than 1 μm. By selecting particles that tend to agglomerate little or no agglomerate, and have a small average particle size and have such a particle size distribution that no or only isolated particles with a particle size of> 1 μηη be present porous films are produced and the most diverse Advantages of the invention can be realized.
Zur Sicherstellung von wenigen Agglomeraten ist es grundsätzlich bevorzugt die Partikel über ein Baten oder eine Vormischung bei der Folienherstellung einzuarbeiten. Die Batche oder Vormischungen enthalten Propylenpolymere und Partikel, sowie gegebenenfalls zusätzlich übliche Additive. Bei der Herstellung der Batche wird zur besseren Dispergierung der Partikel im Polymeren vorzugsweise ein Zweischneckenextruder eingesetzt und/oder mit einer hohen Scheerrate vermischt. Auch der Zusatz von oberflächen-aktiven Substanzen trägt zur gleichmäßigen Verteilung der Partikel im Polymeren bei. Günstig ist auch die Partikel an sich in einem vorgelagerten Schritt mit einer Beschichtung zu versehen. Diese Maßnahmen sind insbesondere bei der Verwendung von anorganischen Partikeln empfehlenswert. Über diese und andere im Stand der Technik bekannten Maßnahmen kann sichergestellt werden, dass agglomerat-freie Batche oder Vormischungen zum Einsatz kommen. Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen partikelhaltigen porösen Folie. Erfindungsgemäß kann die Verfahrensgeschwindigkeit in einem breiten Bereich variieren. Die Erfindung ermöglicht höhere Verfahrensgeschwindigkeiten, die nicht mit einer schlechteren Gasdurchlässigkeit oder einer höheren Zahl von Abrissen einhergeht. Die Geschwindigkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt im Allgemeinen zwischen 3 bis 400m/min, vorzugsweise zwischen 5 bis 250m/min, insbesondre zwischen 6 und 150m/min oder zwischen 6,5 und 100m/min. In order to ensure a few agglomerates, it is generally preferred to incorporate the particles via a batt or premix during film production. The batches or premixes contain propylene polymers and particles, and optionally additionally conventional additives. In the preparation of the batches, a two-screw extruder is preferably used for better dispersion of the particles in the polymer and / or mixed with a high Scheerrate. The addition of surface-active substances also contributes to the uniform distribution of the particles in the polymer. It is also favorable to provide the particles themselves with a coating in an upstream step. These measures are particularly recommended when using inorganic particles. By means of these and other measures known in the prior art it can be ensured that agglomerate-free batches or premixes are used. The present invention further relates to a process for the preparation of particle-containing porous film of the invention. According to the invention, the process speed can vary within a wide range. The invention enables higher process speeds, which are not accompanied by a poorer gas permeability or a higher number of tears. The speed of the process according to the invention is generally between 3 to 400 m / min, preferably between 5 to 250 m / min, in particular between 6 and 150 m / min or between 6.5 and 100 m / min.
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 die Mischung aus Polymeren (Propylen- homopolymer und/oder Propylenblockcopolymer) und im Allgemeinen ß- Nukleierungsmittel und Partikeln und gegebenenfalls weiteren Polymeren der jeweiligen Schicht vermischt, in einem Extruder aufgeschmolzen und 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 porösen Schicht der 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 in der porösen Schicht im Allgemeinen einen Anteil an ß-Kristalliten (1. Aufheizen) von 40 - 70%, vorzugsweise 50 - 90%. According to this method, the porous film is produced by the known flat film extrusion or coextrusion process. In the context of this method, the procedure is such that the mixture of polymers (propylene homopolymer and / or propylene block copolymer) and generally β-nucleating agent and particles and optionally further polymers of the respective layer is mixed, melted in an extruder and together and simultaneously through a flat die is extruded or coextruded on a take-off roll on which solidifies the one-layer or multilayer melt film to form the ß-crystallites and cools. The cooling temperatures and cooling times are selected such that the highest possible proportion of β-crystalline polypropylene is formed in the porous layer of the prefilm. 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 in the porous layer a proportion of β-crystallites (1st heating) of 40-70%, preferably 50-90%.
Diese Vorfolie mit einem hohen Anteil an ß-kristallinem Polypropylen in der porösen Schicht wird anschließend derart biaxial gestreckt, dass es bei der Verstreckung zu einer Umwandlung der ß-Kristallite in α-kristallines Polypropylen und zur Ausbildung einer netzwerkartigen porösen Struktur kommt. Die biaxiale Streckung (Orientierung) wird im Allgemeinen aufeinanderfolgend durchgeführt, wobei vorzugsweise zuerst längs (in Maschinenrichtung) und dann quer (senkrecht zur Maschinenrichtung) gestreckt wird. This precursor film with a high proportion of β-crystalline polypropylene in the porous layer is then biaxially stretched in such a way that, upon drawing, the β-crystallites are converted into α-crystalline polypropylene and a network-like porous structure is formed. The biaxial stretching (orientation) is generally carried out successively, wherein preferably first stretched longitudinally (in the machine direction) and then transversely (perpendicular to the machine direction).
Für die Verstreckung in Längsrichtung wird die 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 2:1 bis 6:1 , vorzugsweise 3:1 bis 5:1. For the stretching in the longitudinal direction, the preliminary film 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 stretch ratio is in a range from 2: 1 to 6: 1, preferably 3: 1 to 5: 1.
Nach dieser Längsverstreckung wird die Folie zunächst wieder über entsprechend temperierte Walzen abgekühlt. Anschließend erfolgt in den sogenannten Aufheizfeldern wieder eine Erwärmung auf die Querstrecktemperatur, die im Allgemeinen bei einer Temperatur von 120 -145°C liegt. Anschließend erfolgt das Querstrecken mit Hilfe eines entsprechenden Kluppenrahmens, wobei das Querstreckverhältnis in einem Bereich von 2:1 bis 9:1 , vorzugsweise 3:1 bis 8:1 liegt. Zur Erzielung der erfindungsgemäß hohen Porosität erfolgt die Querstreckung vorzugsweise mit einer moderaten bis langsamen Querstreckgeschwindigkeit von >0 bis 40%/s, vorzugsweise in einem Bereich von 0,5 bis 30%/s, insbesondere 1 bis 15%/s. After this longitudinal stretching, the film is first cooled again over appropriately tempered rolls. Subsequently, in the so-called Aufheizfeldern again heating to the transverse stretching temperature, which is generally at a temperature of 120-145 ° C. Subsequently, the transverse stretching takes place with the aid of a corresponding clip frame, wherein the transverse stretch ratio is in a range from 2: 1 to 9: 1, preferably 3: 1 to 8: 1. In order to achieve the high porosity according to the invention, the transverse extension preferably takes place with a moderate to slow transverse stretching speed of> 0 to 40% / s, preferably in a range of 0.5 to 30% / s, in particular 1 to 15% / s.
Gegebenenfalls kann nach der letzten Streckung, im Allgemeinen die Querstreckung, eine Oberfläche der Folie nach einer der bekannten Methoden Corona-, plasma- oder flammbehandelt werden, sodass die Befüllung mit Elektrolyt begünstigt wird. Optionally, after the last stretching, generally the transverse stretching, a surface of the film can be corona, plasma or flame treated according to one of the known methods, so that the filling with electrolyte is favored.
Abschließend erfolgt gegebenenfalls eine Thermofixierung (Wärmebehandlung), bei welcher die Folie etwa 5 bis 500s, vorzugsweise 10 bis 300s lang bei einer Temperatur von 10 bis 150°C, vorzugsweise bei 125 bis 145°C gehalten wird, beispielsweise über Walzen oder einen Luftheizkasten. Gegebenenfalls wird die Folie unmittelbar vor oder während der Thermofixierung konvergierend gefahren, wobei die Konvergenz vorzugsweise 5 - 25%, insbesondere 8 bis 20% beträgt. Unter Konvergenz versteht man ein leichtes Zusammenfahren des Querstreckrahmens, so dass die maximale Breite des Rahmens die am Ende des Querstreckprozesses gegeben ist größer als die Breite am Ende der Thermofixierung ist. Entsprechendes gilt selbstverständlich für die Breite der Folienbahn. Der Grad des Zusammenlaufens des Querstreckrahmens wird als Konvergenz angegeben, die aus der maximalen Breite des Querstreckrahmens Bmax und der Endfolienbreite BF0iie nach der folgenden Formel berechnet wird: Finally, optionally, a heat-setting (heat treatment) is carried out, in which the film is held for about 5 to 500 s, preferably 10 to 300 s at a temperature of 10 to 150 ° C, preferably 125 to 145 ° C, for example via rollers or an air heater. Optionally, the film is driven converging immediately before or during the heat-setting, wherein the convergence is preferably 5 to 25%, in particular 8 to 20%. Convergence is understood to mean a slight collapse of the transverse stretching frame, so that the maximum width of the frame, which is given at the end of the transverse 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 transverse stretching frame is given as the convergence calculated from the maximum width of the transverse stretching frame B max and the final film width B F0 iie according to the following formula:
Konvergenz [%] = 100 x (Bmax- BFoiie) / Bmax Convergence [%] = 100 x (B max - B Fo iie) / B max
Abschließend wird die Folie in üblicher Weise mit einer Aufwickeleinrichtung aufgewickelt. Finally, the film is wound in the usual way with a winding device.
In den bekannten sequentiellen Verfahren, bei denen Längs- und Querstreckung nacheinander in einem Verfahren durchgeführt werden, hängt nicht nur die Querstreckgeschwindigkeit von der Verfahrensgeschwindigkeit ab. Auch die Abzugsgeschwindigkeit und die Abkühlgeschwindigkeit variieren mit der Verfahrensgeschwindigkeit. Diese Parameter können somit nicht unabhängig voneinander gewählt werden. Daraus folgt, dass sich -bei ansonsten gleichen Bedingungen- bei einer schnelleren Verfahrensgeschwindigkeit sowohl die Querstreckgeschwindigkeit als auch die Abzugsgeschwindigkeit erhöhen, aber gleichzeitig die Abkühlzeit der Vorfolie erniedrigt. Dies kann, muss aber nicht zwangsläufig, ein zusätzliches Problem darstellen. In the known sequential methods in which longitudinal and transverse extension are carried out successively in one method, not only does the transverse stretching speed depend on the method speed. The withdrawal speed and the cooling rate also vary with the process speed. These parameters can not be selected independently. It follows that, all other things being equal, at a faster process speed both the transverse stretching rate and the withdrawal speed increase, but at the same time the cooling time of the prefilm decreases. This may or may not be an additional problem.
Unter den vorstehend genannten Verfahrensgeschwindigkeiten wird jeweils diejenige Geschwindigkeit, z.B. in m/min, verstanden, mit der die Folie bei der jeweils abschließenden Aufwickelung läuft/aufgewickelt wird. 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. Bei der anschließenden Längsverstreckung werden die ß-Kristalle in die alpha Modifikation umgewandelt, wodurch Störstellen in Form von Mikrorissen entstehen. Damit diese Störstellen in ausreichender Anzahl und in der richtigen Form entstehen muss die Längsstreckung bei vergleichsweise niedrigen Temperaturen erfolgen. Bei der Querstreckung, werden diese Störstellen zu Poren aufgerissen, so dass die charakteristische Netzwerkstruktur dieser porösen Folien entsteht. The above-mentioned process speeds are understood in each case as that speed, for example in m / min, with which the film runs / is wound up during the respective 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. 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, a correspondingly slow and moderate cooling, ie at comparatively high temperatures, a high proportion of ß-crystallites in the pre-film must be achieved. In the subsequent longitudinal stretching, the β crystals are converted into the alpha modification, resulting in impurities in the form of microcracks. In order for these defects to occur in sufficient numbers and in the correct form, the longitudinal stretching must take place at comparatively low temperatures. In the transverse stretching, these impurities are torn to pores, so that the characteristic network structure of these porous films is formed.
Diese, gegenüber herkömmlichen BOPP Prozessen niedrigen Temperaturen, insbesondere bei der Längsstreckung, bedingen hohe Streckkräfte, die zum einen eine hohe Orientierung in die Polymermatrix einbringen und zum anderen die Abrissgefahr erhöhen. Je höher die gewünschte Porosität, umso niedriger müssen die Temperaturen bei der Verstreckung gewählt werden und umso höher müssen die Streckfaktoren sein. Der Prozess wird daher grundsätzlich umso kritischer je höher die Porosität und Durchlässigkeit der Folie sein soll. Die Porosität kann daher über höhere Streckfaktoren oder Erniedrigung der Strecktemperatur nicht beliebig erhöht werden. Insbesondere die erniedrigte Längsstrecktemperatur führt zu einer stark beeinträchtigen Laufsicherheit der Folie, sowie zu einer unerwünschten Erhöhung der Spleißneigung. Die Porosität kann daher durch niedrigere Längsstrecktemperaturen von beispielsweise unter 70°C nicht mehr weiter verbessert werden. Ferner ist es möglich die Porosität und Durchlässigkeit der Folie zusätzlich über die Streckgeschwindigkeit bei der Querstreckung zu beeinflussen. Eine langsame Querverstreckung erhöht die Porosität und Durchlässigkeit weiter, ohne dass es zu vermehrten Abrissen oder sonstigen Störungen während des Produktionsprozesses kommt. Die langsame Verfahrensgeschwindigkeit erhöht jedoch die Produktionskosten erheblich. These, compared to conventional BOPP processes low temperatures, especially in the longitudinal stretching, require high stretching forces, which bring a high orientation in the polymer matrix and on the other hand increase the risk of demolition. The higher the desired porosity, the lower the stretching temperatures must be and the higher the stretching factors must be. Therefore, the process becomes more critical the higher the porosity and permeability of the film should be. Therefore, the porosity can not be arbitrarily increased by higher stretching factors or lowering of the stretching temperature. In particular, the reduced longitudinal stretching temperature leads to a greatly impaired running safety of the film, as well as to an undesirable increase in the tendency to splice. The porosity can therefore no longer be improved by lower longitudinal stretching temperatures of, for example, below 70 ° C. It is also possible to additionally influence the porosity and permeability of the film by means of the stretching speed during the transverse stretching. A slow cross-stretching further increases the porosity and permeability, without causing increased breaks or other disturbances during the production process. The slow process speed, however, increases the production costs considerably.
Der erfindungsgemäße Zusatz der Partikel unterstützt die Ausbildung der porösen Struktur außerordentlich vorteilhaft, obgleich die Partikel alleine keine Porenbildung bewirken. Es scheint, daß die Partikel in Verbindung mit einem gewissen Gehalt an ß-kristallinem Polypropylen die Ausbildung der Porenstruktur in einer überraschenden Weise unterstützt, so daß bei einem gegebenem ß-Kristallit Anteil in der Vorfolie durch den Zusatz der Partikel wesentlich höhere Porositäten erzielt werden, die ohne den entsprechenden Zusatz bei einem gegebenen ß-Anteil nicht darstellbar sind. Die Partikel wirken mit den ß-Kristalliten in einer synergistischen Weise zusammen, so daß eine Erniedrigung des ß-Anteils in der Folie nicht zu niedrigeren Gurley-Werten führt. Die verbesserte Gasdurchlässigkeit kann in positiver Weise auch durch Erhöhung der Verfahrensgeschwindigkeit genutzt werden, da die Partikel zu einer Verbesserung des Gurley-Wertes beitragen, d.h. die erfindungsgemäßen partikel-haltigen Folien mit gleichen Gurley Werten schneller, d.h. kostengünstiger hergestellt werden. The addition of the particles according to the invention greatly facilitates the formation of the porous structure, although the particles alone do not cause pore formation. It appears that the particles, in conjunction with a certain content of β-crystalline polypropylene, support the formation of the pore structure in a surprising manner, so that, given a β-crystallite content in the prefilm, substantially higher porosities are achieved by the addition of the particles, which can not be represented without the corresponding additive for a given β-component. The particles interact with the β-crystallites in a synergistic manner such that lowering the β-content in the film does not result in lower Gurley values. The improved gas permeability can also be used positively by increasing the process speed, as the particles contribute to an improvement in the Gurley value, i. the particle-containing films according to the invention having the same Gurley values faster, i. be made cheaper.
Überraschenderweise stellte sich heraus, daß die Anzahl der Abrisse trotz Erhöhung der Verfahrensgeschwindigkeit nicht signifikant zunimmt, wenn die Folie die erfindungsgemäßen Partikel enthält. Surprisingly, it has been found that the number of breaks does not increase significantly despite an increase in the process speed if the film contains the particles according to the invention.
Oder mittels der vorliegenden Erfindung kann eine Folie zur Verfügung gestellt werden, die sich auf Grund der besonders hohen Durchlässigkeit für die Anwendung in Hochenergiebatterien eignet. Die Folie kann des Weiteren vorteilhaft in anderen Anwendungen eingesetzt werden, bei denen eine sehr hohe Durchlässigkeit gefordert wird oder sich vorteilhaft auswirkt. Beispielsweise als hochporöser Separator in Batterien, insbesondere in Lithium-Batterien mit hoher Anforderung an die Leistung. Or by means of the present invention, a film can be provided which is suitable for use in high-energy batteries due to the particularly high permeability. Furthermore, the film can advantageously be used in other applications in which a very high permeability is required or has 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: To characterize the raw materials and the films, the following measuring methods were used:
Teilchengröße/Partikelgröße: Particle size / particle size:
Die Bestimmung der mittleren Teilchengröße erfolgt durch ein Laserlichtstreuungsverfahren nach ISO 13320-1. Ein geeignetes Messgerät zur Analyse ist beispielsweise ein Microtrac S 3500. The average particle size is determined by a laser light scattering method according to ISO 13320-1. A suitable instrument for analysis is, for example, a Microtrac S 3500.
Die Größe der Agglomerate und die absolute Teilchengröße können mittels Rasterelektronen Mikroskop untersucht werden. Hierfür macht man entweder eine REM-Auf nähme der Partikel, die auf einem Probenträger ausgestrichen werden oder eine REM-Aufnahme an einem platin- oder goldbedampften Folienmuster einer Größe von 10mm2 oder eine REM Aufnahmen an den Granulaten des Masterbatches. Das Folienmuster oder die anderen entsprechenden Aufnahmen der Partikel oder des Batches werden optisch auf Anwesenheit von Partikeln mit einer Teilchengröße von mehr als 1 μιτι untersucht. The size of the agglomerates and the absolute particle size can be investigated by means of a scanning electron microscope. For this purpose, one makes either a SEM on the particles that are streaked on a sample carrier or a SEM image on a platinum or gold vaporized foil pattern a size of 10mm 2 or a REM images on the granules of the masterbatch. The film pattern or the other corresponding recordings of the particles or of the batch are optically examined for the presence of particles having a particle size of more than 1 μm.
Schmelzflußindex 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 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. As usual, the second melting point is determined for the determination of the melting point Heating curve after having been cooled at 10K / 1 min in the range of 200 to 20 ° C was evaluated. ß-content
Der Anteil des ß-kristallinen Polypropylens wird mittels DSC bestimmt. Diese Charakterisierung wird in J. o. Appl. Polymer Science, Vol. 74, p.: 2357-2368, 1999 von Varga beschrieben und folgendermaßen durchgeführt: Die mit dem ß-Nukleator additivierte Probe wird in der DSC zunächst mit einer Aufheizrate von 20°C/min auf 220°C erhitzt und aufgeschmolzen (1. Aufheizen). Danach wird sie mit einer Kühlrate von 10°C/min auf 100°C abgekühlt, bevor sie mit einer Heizrate von 10°C/min (2. Aufheizen) wieder aufgeschmolzen wird. The proportion of β-crystalline polypropylene is determined by means of DSC. This characterization is described in J. o. Appl. Polymer Science, Vol. 74, p .: 2357-2368, 1999 by Varga and carried out as follows: The sample additized with the β-nucleator is first heated to 220 ° C. in the DSC at a heating rate of 20 ° C./min melted (1st heating). Thereafter, it is cooled at a cooling rate of 10 ° C / min to 100 ° C, before being remelted at a heating rate of 10 ° C / min (2nd heating).
Aus der DSC Kurve des 1. Aufheizen wird aus dem Verhältnis der Schmelzenthalpien der ß-kristallinen Phase (Hß) zu der Summe der Schmelzenthalpien von ß- und α-kristalliner Phase (Hß + Ha) der Kristallinitätsgrad Kß.Dsc ( Anteil an ß-kristallinem Polypropylen) bestimmt, der in der vermessenen Probe vorliegt (unverstreckte Folie, Spritzgussteil). Der prozentuale Wert errechnetsich wie folgt: Kß,DSC [%] = 100x(Hß)/(Hß + Ha) From the DSC curve of the first heating from the ratio of the enthalpies of fusion of the beta-crystalline phase (H p) is added to the sum of the enthalpies of fusion of SS and α-crystalline phase (H ß + H a) the degree of crystallinity Kß.Dsc (percentage on β-crystalline polypropylene) present in the measured sample (unstretched film, injection molded part). The percentage value errechnetsich as follows: KSS, DSC [%] = 100 × (H beta) / (H + ß H a)
Aus der DSC Kurve des 2. Aufheizen wird aus dem Verhältnis der Schmelzenthalpien der ß-kristallinen Phase (Hß) zu der Summe der Schmelzenthalpien von ß- und α-kristalliner Phase (Hß + Ha) der Kristallinitätsgrad Kß Dsc (2. Aufheizen) bestimmt, der den ß-Anteil der jeweiligen Polypropylenprobe angibt, der maximal erreicht werden kann. From the DSC curve of the 2nd heating from the ratio of the enthalpies of fusion of the beta-crystalline phase (H p) is added to the sum of the enthalpies of fusion of SS and α-crystalline phase (H ß + H a) the degree of crystallinity Kß D sc (2 Heating), which indicates the β content of the respective polypropylene sample which can be maximally achieved.
Dichte density
Die Dichte wird nach DIN 53 479, Verfahren A, bestimmt. Maximale- und mittlere Porengröße The density is determined according to DIN 53 479, method A. Maximum and average pore size
Die maximale und die mittlere Porengröße wurden mittels der Bubble Point Methode nach der ASTM F316 gemessen.  The maximum and mean pore sizes were measured by the bubble point method according to ASTM F316.
Porosität porosity
Als Porosität wird die Dichtereduzierung (Ρρ0 θ - Ppp) der Folie gegenüber der Dichte des reinen Polypropylens ppp wie folgt berechnet: Porosität [%] = 100 x (ppp - pFo|je) / ppp As a porosity, the density reduction (Ρρ 0 θ -P pp ) of the film compared to the density of the pure polypropylene p pp is calculated as follows: porosity [%] = 100 × (p pp - p Fo | je ) / p pp
Permeabilität / Durchlässigkeit (Gurley-Wert) Permeability / permeability (Gurley value)
Die Permeabilität der Folien wurde mit dem Gurley Tester 4 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 Druckdifferenz über der Folie entspricht dabei dem Druck einer Wassersäule von 12,4 cm Höhe. Die benötigte Zeit entspricht dann dem Gurley-Wert, d.h. die Einheit ist sec/100cm3. — Die Erfindung wird nunmehr durch die nachfolgenden Beispiele erläutert. The permeability of the films was measured using the Gurley Tester 4 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, ie the unit is sec / 100cm 3 . The invention will now be illustrated by the following examples.
Beispiele: Beispiel A: Batchherstellung: Examples: Example A: Batch production:
In einem ersten Schritt wurde ein Batch aus Polymer und Partikeln hergestellt, welches in den nachfolgenden Versuch eingesetzt wurde. Diese Batch wurde wie folgt hergestellt: In einem Zweischneckenextruder wurden 60 Gew.% eines Ti02 Pigments (Huntsmann TR28) zusammen mit 0,04 Gew.-% Caiciumpimelat als Nukleierungsmittel (Caiciumpimelat) bei einer Temperatur von 230°C und einer Schneckenumdrehungsgeschwindigkeit von 270 1/min mit 39,96 Gew.-% Granulat von isotaktischem Polypropylenhomopolymer (Schmelzpunkt 162°C; MFI 3g/10min) vermischt, aufgeschmolzen und granuliert. Die REM-Aufnahmen an dem Batch zeigen feinverteilte Ti02 Partikel mit einer Teilchengröße von 20 bis 500nm ohne Agglomerate von über 1 pm. Die ß-Aktivität des Batches zeigt einen Wert von 91% beim zweiten Aufheizen. In a first step, a batch of polymer and particles was prepared, which was used in the subsequent experiment. This batch was made as follows: In a twin-screw extruder 60 wt.% Of a Ti02 pigment (Huntsmann TR28) together with 0.04 wt .-% Caiciumpimelat as nucleating agent (Caiciumpimelat) at a temperature of 230 ° C and a screw rotation speed of 270 1 / min with 39.96 wt % Granules of isotactic polypropylene homopolymer (melting point 162 ° C; MFI 3g / 10min) are mixed, melted and granulated. The SEM images on the batch show finely divided TiO 2 particles with a particle size of 20 to 500 nm without agglomerates of more than 1 μm. The beta activity of the batch shows a value of 91% on the second heating.
Beispiele B: Folienherstellung Folienbeispiel: 1 Examples B: Film Production Film Example: 1
Nach dem Extrusionsverfahren wurde aus einer Breitschlitzdüse bei einer Extrusionstemperatur von 240 bis 250°C °C eine zwei-schichtige Vorfolie extrudiert. Dabei wurden die Durchsätze der Extruder so gewählt, dass das Dickenverhältnis der Schichten A:B 1 :2 betrug. Die mehrschichtige Vorfolie wurde zunächst auf einer Kühlwalze abgezogen und abgekühlt. Anschließend wurde die Vorfolie in Längs- und Querrichtung orientiert und abschließend fixiert. Die Schichten der Folie hatten die folgende Zusammensetzung: After the extrusion process, a two-layer prefilm was extruded from a slot die at an extrusion temperature of 240 to 250 ° C ° C. The throughputs of the extruders were chosen such that the thickness ratio of the layers A: B was 1: 2. The multilayer prefilm was first stripped off on a chill roll and cooled. Subsequently, the prefilm was oriented in the longitudinal and transverse directions and finally fixed. The layers of the film had the following composition:
Zusammensetzung der Schicht A: 40 Gew.-% Ti02-Batch gemäß Beispiel A aus Composition of layer A: 40 wt .-% TiO 2 batch according to Example A from
60 Gew.-% Ti02  60% by weight of TiO 2
Ca. 39,96 Gew.-% Propylenhomopolymer  Approximately 39.96 wt.% Propylene homopolymer
0,04 Gew.-% Nukleierungsmittel  0.04 wt .-% nucleating agent
Jeweils bezogen auf das Batch  Each related to the batch
60 Gew.% Polypropylenmischung aus: ca. 60 Gew.-% Propylenhomopolymerisat (PP) mit einem n-heptanlöslichen Anteil von 4,5 Gew.-% (bezogen auf 100 % PP) und einem Schmelzpunkt von 165 °C; und einem Schmelzflußindex von 3,2 g/10 min bei 230 °C und 2, 16 kg Belastung (DIN 53 735) und 60% by weight of polypropylene blend of: about 60 wt .-% propylene homopolymer (PP) with an n-heptane soluble content of 4.5 wt .-% (based on 100% PP) and a melting point of 165 ° C; and a melt flow index of 3.2 g / 10 min at 230 ° C and 2.16 kg load (DIN 53 735) and
ca. 39,96 Gew.-% Propylen-Ethylen-Blockcopolymerisat mit einem about 39.96 wt .-% of propylene-ethylene block copolymer having a
Ethylenanteil von ca. 5 Gew.-% bezogen auf das Blockcopolymer und einemEthylene content of about 5 wt .-% based on the block copolymer and a
Schmelzflußindex (230°C und 2, 16 kg) von 6 g/10min Melt flow index (230 ° C and 2.16 kg) of 6 g / 10 min
0,04 Gew.-% nano Ca- Pimelat als ß-Nukleierungsmittel  0.04 wt .-% nano Ca pimelate as ß-nucleating agent
Jeweils bezogen auf die Mischung  In each case based on the mixture
Zusammensetzung von Schicht B: Composition of layer B:
ca. 80 Gew.-% Propylenhomopolymerisat (PP) mit einem n-heptanlöslichen Anteil von 4,5 Gew.-% (bezogen auf 100 % PP) und einem Schmelzpunkt von 165 °C; und einem Schmelzflußindex von 3,2 g/10 min bei 230 °C und 2, 16 kg Belastung (DIN 53 735) und about 80 wt .-% propylene homopolymer (PP) having an n-heptane-soluble content of 4.5 wt .-% (based on 100% PP) and a melting point of 165 ° C; and a melt flow index of 3.2 g / 10 min at 230 ° C and 2.16 kg load (DIN 53 735) and
ca. 19,96 Gew.-% Propylen-Ethylen-Blockcopolymerisat mit einem Ethylenanteil von ca. 5 Gew.-% bezogen auf das Blockcopolymer und einem Schmelzflußindex (230°C und 2,16 kg) von 6 g/10min about 19.96 wt .-% propylene-ethylene block copolymer having an ethylene content of about 5 wt .-% based on the block copolymer and a melt flow index (230 ° C and 2.16 kg) of 6 g / 10min
0,04 Gew.-% nano Ca- Pimelat als ß-Nukleierungsmittel 0.04 wt .-% nano Ca pimelate as ß-nucleating agent
Die Schichten der Folie enthielten zusätzlich Stabilisator und Neutralisationsmittel in üblichen Mengen. Das nano Ca-Pimelat wurde hergestellt wie in den Beispielen 1 a oder 1 b der WO201 1047797 beschrieben. The layers of the film additionally contained stabilizer and neutralizing agent in conventional amounts. The nano Ca-pimelate was prepared as described in Examples 1 a or 1 b of WO201 1047797.
Die Polymermischung wurde nach der Extrusion über eine erste Abzugswalze und ein weiteres Walzentrio abgezogen, abgekühlt und verfestigt, anschließend längsgestreckt, quergestreckt und fixiert, wobei im Einzelnen die folgenden Bedingungen gewählt wurden: Extrusion: Extrusionstemperatur 245 °C After extrusion, the polymer mixture was drawn off via a first take-off roll and another rolling center, cooled and solidified, then stretched longitudinally, transversely stretched and fixed, the following conditions being selected in each case: Extrusion: extrusion temperature 245 ° C
Abkühlwalze: Temperatur 125°C, Cooling roller: temperature 125 ° C,
Abzugsgeschwindigkeit: 1 ,5 m/min (Verweilzeit auf der Abzugswalze: 55 sec) Längsstreckung: Vorheizwalzen: 92 Withdrawal speed: 1.5 m / min (dwell time on the take-off roll: 55 sec) Elongation: preheat rolls: 92
Streckwalze T = 90 °C  Stretching roller T = 90 ° C
Längsstreckung um den Faktor 3,6  Elongation by a factor of 3.6
Querstreckung: Aufheizfelder T = 145 °C Transverse extension: heating fields T = 145 ° C
Streckfelder T = 145 °C Stretching fields T = 145 ° C
Querstreckung um den Faktor 4,8 Transverse extension by a factor of 4.8
Konvergenz: 13% Convergence: 13%
Es wurde eine Rolle von 1500 m Lauflänge abrissfrei gefahren. Die so hergestellte poröse Folie war ca. 30 pm dick und wies eine Dichte von 0,33 g/cm3 auf und zeigte ein gleichmäßiges weiß-opakes Aussehen. Die Porosität betrug 66% und der Gurley-Wert 160 s. REM Aufnahmen der Oberfläche der Seite A zeigen keine TiO2 Agglomerate und keine Partikel mit einer Teilchengröße >1 pm auf einer untersuchten Fläche von 10 mm2. It was driven a roll of 1500 m run length demolition-free. The porous film thus prepared was about 30 μm thick and had a density of 0.33 g / cm 3 and showed a uniform white-opaque appearance. The porosity was 66% and the Gurley value 160 s. SEM images of the surface of the side A show no TiO2 agglomerates and no particles with a particle size> 1 pm on an examined area of 10 mm 2 .
Folienbeispiel 2 Foil example 2
Es wurde, wie in Folienbeispiel 1 beschrieben, eine zweischichtige Folie hergestellt. Im Unterschied zu Folienbeispiel 1 wurde die Abzugsgeschwindigkeit auf 2,5 m/min erhöht. Die Zusammensetzung der Schichten sowie die übrigen Verfahrensbedingungen wurden nicht geändert. Trotz der erhöhten Abzugsgeschwindigkeit wurden 800m Lauflänge ohne Abriss gefertigt. Dabei verringerte sich die Dicke auf 20pm. Trotz der geringeren Verweilzeit auf der Abzugswalze verringerte sich der Gurley Wert überraschenderweise auf ca. 140 Sekunden. Auch in dieser Folie wurden mittels REM auf der Seite A keine TiO2 Agglomerate und keine Partikel mit einer Teilchengröße >1 pm auf einer Fläche von 10 mm2 identifiziert. W It was, as described in Example 1, a two-layer film produced. In contrast to Example 1, the take-off speed was increased to 2.5 m / min. The composition of the layers and the other process conditions were not changed. Despite the increased take-off speed, 800m barrel length was produced without demolition. The thickness decreased to 20pm. Despite the shorter residence time on the take-off roll, the Gurley value surprisingly decreased to about 140 seconds. Also in this film, no TiO2 agglomerates and no particles with a particle size> 1 pm on an area of 10 mm 2 were identified by means of SEM on the side A. W
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Folienbeispiel 3 Film Example 3
Es wurde, wie in Folienbeispiel 1 beschrieben, eine Folie hergestellt. Im Unterschied zu Folienbeispiel 1 hatte die Schicht B jetzt die gleiche Zusammensetzung wie die Schicht A. Die Zusammensetzung der Schicht A sowie die Verfahrensbedingungen wurden nicht geändert. Es wurde somit de facto eine einschichtige Folie hergestellt. Die Dicke der Folie betrug 31 pm und der Gurley Wert verringerte sich überraschenderweise auf unter 100 Sekunden. Auch diese Zusammensetzung zeigte sehr gute Laufsicherheit und so wurde eine Rolle mit 2000 m Lauflänge produziert. Beide Seiten der Folie zeigten im REM keine ΤΊ02 Agglomerate und keine Partikel mit einer Teilchengröße >1 pm auf einer Fläche von 10 mm2. It was, as described in Example 1, a film produced. Unlike film example 1, layer B now had the same composition as layer A. The composition of layer A and the process conditions were not changed. It was thus made a de facto single-layer film. The thickness of the film was 31 μm and the Gurley value surprisingly decreased to less than 100 seconds. This composition also showed very good running safety and so a roll was produced with 2000 m run length. Both sides of the film showed no ΤΊ02 agglomerates in the SEM and no particles with a particle size> 1 pm on a surface of 10 mm 2 .
Folienbeispiel 4 Film Example 4
Es wurde, wie in Folienbeispiel 3, beschrieben eine de facto einschichtige Folie mit 24 Gew. % ΤΊ02 hergestellt. Die Abzugsgeschwindigkeit wurde (wie in Folienbsp. 2) auf 2,5 m/min erhöht. Die (gleiche) Zusammensetzung der Schichten A und B sowie die übrigen Verfahrensbedingungen wurden nicht geändert. Mit der erhöhten Abzugsgeschwindigkeit von 2,5m/min wurde eine Rolle von 1000m Lauflänge ohne Abriss gefertigt. Dabei verringerte sich die Dicke auf 20 pm und der Gurley Wert blieb wie in Bsp.3 überraschenderweise unter 100 Sekunden. In dieser Folie wurden auf beiden Seiten mittels REM keine Agglomerate und keine Partikel mit einer Teilchengröße >1 pm auf einer Fläche von 10 mm2 identifiziert. It was, as described in Example 3, a de facto monolayer film with 24 wt.% ΤΊ02 produced. The take-off speed was increased (as in Folienbsp. 2) to 2.5 m / min. The (same) composition of layers A and B and the other process conditions were not changed. With the increased take-off speed of 2.5m / min, a roll of 1000m run length was manufactured without demolition. The thickness decreased to 20 pm and the Gurley value surprisingly remained below 100 seconds as in Ex. In this film on both sides by means of SEM no agglomerates and no particles with a particle size> 1 pm were identified on a surface of 10 mm 2 .
Folienbeispiel 5 Film Example 5
Es wurde, wie in Folienbeispiel 3 beschrieben, eine Folie mit 24 Gew. % Ti02 hergestellt. Im Unterschied zu Folienbeispiel 3 enthielt die Polypropylen-Mischung jetzt kein Nukleierungsmittel, und hatte somit die folgende Zusammensetzung: It was, as described in Example 3, a film with 24 wt.% Ti02 produced. In contrast to Example 3, the polypropylene mixture now contained no nucleating agent and thus had the following composition:
ca. 60 Gew.-% Propylenhomopolymerisat (PP) mit einem n-heptanlöslichen Anteil von 4,5 Gew.-% (bezogen auf 100 % PP) und einem Schmelzpunkt von 165 °C; und einem Schmelzflußindex von 3,2 g/10 min bei 230 °C und 2, 16 kg Belastung (DIN 53 735) und about 60 wt .-% propylene homopolymer (PP) with an n-heptane soluble content of 4.5 wt .-% (based on 100% PP) and a melting point of 165 ° C; and a melt flow index of 3.2 g / 10 min at 230 ° C and 2.16 kg load (DIN 53 735) and
ca. 40 Gew.-% Propylen-Ethylen-Blockcopolymerisat mit einem Ethylenanteil von ca. 5 Gew.-% bezogen auf das Blockcopolymer und einem Schmelzflußindex (230°C und 2, 16 kg) von 6 g/10min about 40 wt .-% propylene-ethylene block copolymer having an ethylene content of about 5 wt .-% based on the block copolymer and a melt flow index (230 ° C and 2, 16 kg) of 6 g / 10min
Ansonsten wurden die Zusammensetzung der Schicht und die Zusammensetzung des Ti02-Batches sowie die Verfahrensbedingungen gegenüber Beispiel 3 nicht geändert. Otherwise, the composition of the layer and the composition of the TiO 2 -batch and the process conditions were not changed compared to Example 3.
Es konnte auch hier eine Rolle von 1000m Lauflänge ohne Abriss gefertigt werden. Die Dicke der Folie betrug auf 28 pm Dabei blieb der Gurley Wert wie in Folien- Bsp.3 überraschenderweise unter 100 Sekunden. Auch in dieser Folie wurden in beiden Schichten mittels REM keine Agglomerate und keine Partikel mit einer Teilchengröße >1 pm auf einer Fläche von 10 mm2 identifiziert. Folienbeispiel 6 It could also be made here a role of 1000m run length without demolition. The thickness of the film was 28 μm. The Gurley value as in film example 3 surprisingly remained below 100 seconds. Also in this film in both layers by means of SEM no agglomerates and no particles with a particle size> 1 pm were identified on a surface of 10 mm 2 . Foil Example 6
Es wurde wie in Folienbeispiel 1 beschrieben eine zweischichtige Folie hergestellt. Im Unterschied zu Folienbeispiel 1 wurde in Schicht A die Konzentration des ΤΊ02- Batches auf 60 % erhöht und der Anteil der Polypropylenmischung auf 40% erniedrigt, so dass in der Schicht A 36 Gew.% ΤΊ02 vorlagen. Die Zusammen- setzung der Schicht B sowie die Verfahrensbedingungen wurden nicht geändert. Auch diese Zusammensetzung zeigte sehr gute Laufsicherheit und es wurde eine Rolle mit 1000 m Lauflänge produziert. Die Dicke der Folie betrug auf 27 pm und der Gurley Wert verringerte sich überraschenderweise auf unter 100 Sekunden. Seite A der Folie zeigten im REM keine Agglomerate > 1 pm auf einer Fläche von 10 mm2. Jedoch wurde ein Partikel mit einer Teilchengröße von ca. 1 ,2pm identifiziert. It was prepared as described in Example 1, a two-layer film. In contrast to film example 1, the concentration of the ΤΊO 2 -batch in layer A was increased to 60% and the proportion of the polypropylene mixture was lowered to 40%, so that layer A contained 36% by weight of ΤΊO 2. The composition of layer B and the process conditions were not changed. This composition also showed very good running safety and a roll with a running length of 1000 m was produced. The thickness of the film was 27 μm and the Gurley value surprisingly decreased to less than 100 seconds. Side A of the film showed no agglomerates in the SEM> 1 pm on an area of 10 mm 2 . However, a particle with a particle size of about 1.2pm was identified.
Folienbeispiel 7 Film Example 7
Es wurde unter gleichen Bedingungen und mit gleicher Rezeptur wie Folienbeispiel 2 eine zweischichtige Folie gefertigt. Allerdings wurde die Abzugsgeschwindigkeit auf 5 m/min und somit die Endfoliengeschwindigkeit auf 19 m/min erhöht. Um die Herstellung einer Folie mit gleicher Dicke unter diesen Bedingungen sicherzustellen wurde zusätzlich der Extrusionsdurchsatz verdoppelt. Auch diese Zusammensetzung zeigte eine sehr gute Laufsicherheit bei der höheren Verfahrensgeschwindigkeit und es wurde eine Rolle mit 1000 m Lauflänge produziert. Die Dicke der Folie betrug auf 27 μητι und der Gurley Wert erhöhte sich im Vergleich zu Beispiel 2 auf 170 Sekunden, wobei der an der Vorfolie gemessene ß-Gehalt sich leicht auf 57 % erniedrigte. Seite A der Folie zeigten im REM keine Agglomerate und keine Partikel mit einer Teilchengröße > 1 μι auf einer Fläche von 10 mm2. It was made under the same conditions and with the same recipe as Example 2, a film of two layers. However, the deduction speed was increased to 5 m / min and thus the final film speed to 19 m / min. In order to ensure the production of a film of the same thickness under these conditions, in addition the extrusion throughput was doubled. This composition also showed very good running safety at the higher process speed and produced a roll with a running length of 1000 m. The thickness of the film was 27 μητι and the Gurley value increased compared to Example 2 to 170 seconds, wherein the β content measured on the prefilm decreased slightly to 57%. Side A of the film showed in the SEM no agglomerates and no particles with a particle size> 1 μι on an area of 10 mm 2 .
Folienbeispiel 8 Foil Example 8
Es wurde unter gleichen Bedingungen und mit gleicher Rezeptur wie Folienbeispiel 2 eine zweischichtige Folie gefertigt. Allerdings wurde die Abzugsgeschwindigkeit auf 7,5 m/min und somit die Endfoliengeschwindigkeit auf 28 m/min erhöht. Um die Herstellung einer Folie mit gleicher Dicke unter diesen Bedingungen sicherzustellen wurde zusätzlich der Extrusionsdurchsatz verdoppelt. Auch diese Zusammensetzung zeigte eine sehr gute Laufsicherheit bei der höheren Verfahrensgeschwindigkeit und es wurde eine Rolle mit 1000 m Lauflänge produziert. Die Dicke der Folie betrug auf 24 pm und der Gurley Wert erhöhte sich im Vergleich zu Beispiel 7 auf 198 Sekunden, wobei der an der Vorfolie gemessene ß-Gehalt sich leicht auf 54 % erniedrigte. Seite A der Folie zeigten im REM keine Agglomerate und keine Partikel mit einer Teilchengröße >1 pm auf einer Fläche von 10 mm2. It was made under the same conditions and with the same recipe as Example 2, a film of two layers. However, the take-off speed was increased to 7.5 m / min and thus the final film speed to 28 m / min. In order to ensure the production of a film of the same thickness under these conditions, in addition the extrusion throughput was doubled. This composition also showed very good running safety at the higher process speed and produced a roll with a running length of 1000 m. The thickness of the film was 24 μm and the Gurley value increased to 198 seconds compared to Example 7, with the β content measured on the prefilm slightly decreasing to 54%. Side A of the film showed no agglomerates in the SEM and no particles with a particle size> 1 pm over an area of 10 mm 2 .
Folienbeispiel 9 Film Example 9
Es wurde unter gleichen Bedingungen und mit gleicher Rezeptur wie Folienbeispiel 2 eine zweischichtige Folie gefertigt. Allerdings wurde die Abzugsgeschwindigkeit auf 10 m/min und somit die Endfoliengeschwindigkeit auf 37 m/min erhöht. Um die Herstellung einer Folie mit gleicher Dicke unter diesen Bedingungen sicherzustellen wurde zusätzlich der Extrusionsdurchsatz verdoppelt. Auch diese Zusammensetzung zeigte eine sehr gute Laufsicherheit bei der höheren Verfahrensgeschwindigkeit und es wurde eine Rolle mit 1000 m Lauflänge produziert. Die Dicke der Folie betrug auf 24 pm und der Gurley Wert erhöhte sich im Vergleich zu Beispiel 8 auf 222 Sekunden, wobei der an der Vorfolie gemessene ß-Gehalt sich leicht auf 51 % erniedrigte. Seite A der Folie zeigten im REM keine Agglomerate und keine Partikel mit einer Teilchengröße > 1 pm auf einer Fläche von 10 mm2. Folienbeispiel 10 It was made under the same conditions and with the same recipe as Example 2, a film of two layers. However, the take-off speed was increased to 10 m / min and thus the final film speed increased to 37 m / min. To ensure the production of a film of the same thickness under these conditions In addition, the extrusion throughput was doubled. This composition also showed very good running safety at the higher process speed and produced a roll with a running length of 1000 m. The thickness of the film was 24 μm and the Gurley value increased to 222 seconds compared to Example 8, with the β content measured on the prefilm slightly decreasing to 51%. Side A of the film showed no agglomerates in the SEM and no particles with a particle size> 1 pm over an area of 10 mm 2 . Film Example 10
Es wurde unter gleichen Bedingungen wie Folienbeispiel 2 eine zweischichtige Folie gefertigt. Allerdings wurden in Schicht A und Schicht B das Propylen-Ethylen- Blockcopolymerisat durch eine Erhöhung des Anteils das Propylenhomopolymerisat (PP) ersetzt.  It was made under the same conditions as Example 2 a two-layer film. However, in layer A and layer B, the propylene-ethylene block copolymer was replaced by an increase in the proportion of the propylene homopolymer (PP).
Auch diese Zusammensetzung zeigte trotz fehlen des Blockcopolymers sehr gute Laufsicherheit und es wurde eine Rolle mit 1000 m Lauflänge produziert. Die Dicke der Folie betrug auf 27 pm und der Gurley Wert betrug 170 Sekunden. Auch diese Zusammensetzung zeigte sehr gute Laufsicherheit und so wurde eine Rolle mit 1000 m Lauflänge produziert. Seite A der Folie zeigten im REM keine Agglomerate und keine Partikel mit einer Teilchengröße > 1 pm auf einer Fläche von 10 mm2. This composition also showed very good running safety despite the absence of the block copolymer and a roll with a running length of 1000 m was produced. The thickness of the film was 27 μm and the Gurley value was 170 seconds. Also this composition showed very good running safety and so a roll with 1000 m barrel length was produced. Side A of the film showed no agglomerates in the SEM and no particles with a particle size> 1 pm over an area of 10 mm 2 .
Vergleichsbeispiel 1 Comparative Example 1
Es wurde unter gleichen Bedingungen wie in Folienbeispiel 1 beschrieben eine Folie hergestellt. Im Unterschied zu Folienbeispiel 1 wurde für Schicht A die gleiche Mischung wie für die Schicht B verwendet und somit auf den Zusatz von Ti02 verzichtet. Die Zusammensetzung der Schicht B sowie die Verfahrensbedingungen wurden nicht geändert. De facto wurde somit eine einschichtige Folie hergestellt. Die Dicke der Folie betrug auf 29 pm und der Gurley Wert betrug 200 Sekunden. Vergleichsbeispiel 2 It was prepared under the same conditions as described in Example 1, a film. In contrast to Example 1, the same mixture was used for layer A as for layer B, and thus the addition of TiO 2 was omitted. The composition of layer B as well as the process conditions were not changed. In fact, a single-layer film was thus produced. The thickness of the film was 29 μm and the Gurley value was 200 seconds. Comparative Example 2
Es wurde unter gleichen Bedingungen wie in Vergleichsbeispiel 1 beschrieben eine Folie hergestellt. Im Unterschied zu Vergleichsbeispiel 1 wurde die Abzugsgeschwindigkeit hier auf 2,5 m/min erhöht. Mit der erhöhten Abzugsgeschwindigkeit wurden 500m Lauflänge ohne Abriss gefertigt. Dabei verringerte sich die Dicke auf 20 pm und der Gurley Wert erhöhte sich auf 280 Sekunden.  A film was produced under the same conditions as described in Comparative Example 1. In contrast to Comparative Example 1, the take-off speed was increased here to 2.5 m / min. With the increased take-off speed, 500m barrel length was produced without demolition. The thickness decreased to 20 pm and the Gurley value increased to 280 seconds.
Vergleichsbeispiel 3 Comparative Example 3
Es wurde unter gleichen Bedingungen wie Folienbeispiel 1 beschrieben eine zweischichtige Folie gefertigt. Im Unterschied zu Folienbeispiel 1 wurde die Zusammensetzung des Batches der Schicht A geändert. Es wurde das Ti02 durch ein AL203 mit einem mittleren Teilchendurchmesser von 3pm ersetzt. Die Zusammensetzung der Polypropylenmischung der Schicht A, die Zusammensetzung der Schicht B sowie die Verfahrensbedingungen wurden nicht geändert. Es konnte jedoch de facto auf Grund zahlreicher Abrisse keine Folie hergestellt werden. It was made under the same conditions as described in Example 1, a two-layer film. In contrast to Example 1, the composition of the layer A batch was changed. The TiO2 was replaced by an AL203 having a mean particle diameter of 3pm. The composition of the layer A polypropylene blend, the composition of the layer B and the process conditions were not changed. However, it could not be produced in fact de facto due to numerous breaks.
Vergleichsbeispiel 4 Comparative Example 4
Es wurde unter gleichen Bedingungen wie Folienbeispiel 1 beschrieben eine zweischichtige Folie gefertigt. Allerdings wurde das ΤΊ02 an Stelle eines Batches durch direkte Zudosierung in den Extruder eingearbeitet. Es kam zu häufigen Abrissen bei der Herstellung. Die wenigen hergestellten Folien zeigten im Prinzip die gleichen Eigenschaften wie die Folien nach Beispiel 1. Seite A der Folie zeigten im REM mehrere Agglomerate mit einer Größe von 1 bis 3pm auf einer Fläche von 10 mm2. It was made under the same conditions as described in Example 1, a two-layer film. However, the ΤΊ02 was incorporated into the extruder instead of a batch by direct metering. There were frequent breaks in the production. The few films produced showed in principle the same properties as the films according to Example 1. Side A of the film showed several agglomerates in the SEM with a size of 1 to 3 pm in an area of 10 mm 2 .

Claims

Patentansprüche Patent claims
1. Biaxial orientierte, ein- oder mehrschichtige poröse Folie, welche mindestens eine poröse Schicht umfasst und diese Schicht mindestens ein Propylenpolymer, mindestens ein ß-Nukleierungsmittel und Partikel enthält, dadurch gekennzeichnet, dass die Partikel einen Schmelzpunkt von über 200°C haben und auf einer REM Aufnahme eines Folienmusters der biaxial orientierten, ein- oder mehrschichtigen poröse Folie von 10mm2 höchsten ein Agglomerat oder höchstens ein Partikel mit einer Teilchengröße von > pm nachweisbar ist. 1. Biaxially oriented, single or multi-layer porous film, which comprises at least one porous layer and this layer contains at least one propylene polymer, at least one ß-nucleating agent and particles, characterized in that the particles have a melting point of over 200 ° C and on an SEM image of a film sample of the biaxially oriented, single or multi-layer porous film of 10 mm 2 at most an agglomerate or at most one particle with a particle size of > pm can be detected.
2. Folie nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Porosität durch Umwandlung von ß-kristallinem Polypropylen beim Verstrecken der Folie erzeugt wird, wobei mindestens ein ß-Nukleierungsmittel in der Folie vorliegt. 2. Film according to claim 1, characterized in that the porosity is generated by conversion of ß-crystalline polypropylene when stretching the film, with at least one ß-nucleating agent being present in the film.
3. Folie nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Folie 2 bis 60 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der porösen Schicht, Partikel enthält. 3. Film according to claim 1 or 2, characterized in that the film contains 2 to 60% by weight, based on the weight of the porous layer, particles.
4. Folie nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das ß-Nukleierungsmittel ein Calciumsalz der Pimelinsäure und/oder der Suberinsäure und/oder ein Eisenoxid und/oder Nickelpimelat ist. 4. Film according to one of claims 1 to 3, characterized in that the ß-nucleating agent is a calcium salt of pimelic acid and / or suberic acid and / or an iron oxide and / or nickel pimelate.
5. Folie nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass an einer REM Aufnahme eines Folien-Musters von 10mm2 keine Agglomerate und keine Partikel mit einer Teilchengröße von >1 μιτι nachgewiesen werden können. 5. Film according to one of claims 1 to 4, characterized in that no agglomerates and no particles with a particle size of >1 μm can be detected in an SEM image of a film sample of 10 mm 2 .
6. Folie nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Partikel eine mittlere Teilchengröße von <1 pm haben. 6. Film according to one of claims 1 to 5, characterized in that the particles have an average particle size of <1 pm.
7. Folie nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Partikel nicht-vakuoleninitierende Partikel sind. 7. Film according to one of claims 1 to 6, characterized in that the particles are non-vacuole-initiating particles.
8. Folie nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die poröse Schicht der Folie mindestens 65 Gew.-% Propylenpolymere enthält. 8. Film according to one of claims 1 to 7, characterized in that the porous layer of the film contains at least 65% by weight of propylene polymers.
9. Folie nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die poröse Folie mindestens 65 Gew.-% Propylenpolymere enthält. 9. Film according to one of claims 1 to 8, characterized in that the porous film contains at least 65% by weight of propylene polymers.
10. Folie nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die poröse Schicht der Folie 50 bis 85 Gew.-% Propylenhomopolymer, 15 bis 50 Gew.- % Propylen-Blockcopolymer und 50 bis 10.000ppm ß-Nukleierungsmittel enthält. 10. Film according to one of claims 1 to 9, characterized in that the porous layer of the film contains 50 to 85% by weight of propylene homopolymer, 15 to 50% by weight of propylene block copolymer and 50 to 10,000 ppm of β-nucleating agent.
11 . Folie nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichte der Folie in einem Bereich 0,1 bis 0,5 g/cm3 liegt und einen Gurley Wert von unter 150s aufweist. . 11. Film according to one of claims 1 to 10, characterized in that the density of the film is in a range of 0.1 to 0.5 g/cm 3 and has a Gurley value of less than 150s. .
12. Folie nach einem der Ansprüche 1 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Partikel anorganische sphärische Partikel sind. 12. Film according to one of claims 1 to 1 1, characterized in that the particles are inorganic spherical particles.
13. Folie nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Partikel keine vakuoleninitierenden Partikel sind, wobei vakuoleninitierende Partikel solche Partikel sind, die beim biaxialen Verstrecken einer Polypropylenfolie ohne ß- Nukleierungsmittel die Dichte der Polypropylenfolie auf <0,85g/cm3 erniedrigen. 13. Film according to one of claims 1 to 12, characterized in that the particles are not vacuole-initiating particles, vacuole-initiating particles being those particles which, when biaxially stretching a polypropylene film without ß-nucleating agents, reduce the density of the polypropylene film to <0.85 g / cm 3 humiliate.
14. Folie nach Anspruch 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Partikel anorganische Partikel, vorzugsweise elektrisch nichtleitende Oxide der Metalle AI,14. Film according to claims 1 to 13, characterized in that the particles are inorganic particles, preferably electrically non-conductive oxides of the metals AI,
Zr, Si, Sn, Ti und/oder Y sind. Zr, Si, Sn, Ti and/or Y are.
15. Folie nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Partikel ΤΊΟ2 sind. 15. Film according to one of claims 1 to 14, characterized in that the particles are ΤΊΟ2.
16. Folie nach Anspruch 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Partikel organische Partikel sind. 16. Film according to claims 1 to 15, characterized in that the particles are organic particles.
17. Verfahren zur Herstellung einer porösen Folie umfassen die Maßnahmen: (i) Extrusion einer mindestens einschichtigen Polypropylenfolie bei welchem Propylenpolymer und ß-Nukleierungsmittel und Partikel mit einem Schmelzpunkt von über 200°C in einem Extruder aufgeschmolzen und durch eine Flachdüse auf eine Abzugswalze extrudiert werden, 17. Process for producing a porous film includes the measures: (i) Extrusion of an at least single-layer polypropylene film in which propylene polymer and ß-nucleating agent and particles with a melting point of over 200 ° C are melted in an extruder and extruded through a flat die onto a take-off roller ,
(ii) anschließend der extrudierte Schmelzefilm unter Ausbildung von ß- Kristalliten abgekühlt und verfestigt wird, (ii) the extruded melt film is then cooled and solidified to form β-crystallites,
(iii) anschließend diese Folie in Längsrichtung und danach in Querrichtung verstreckt wird und (iii) this film is then stretched in the longitudinal direction and then in the transverse direction and
(iv) die Verfahrensgeschwindigkeit 5 bis 200m/min beträgt (iv) the process speed is 5 to 200m/min
18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Partikel mit mindestens einem Polypropylen zu einem Batch vermischt werden und im Extruder das partikelhaltige Batch mit Polypropylen vermischt und aufgeschmolzen wird. 18. The method according to claim 17, characterized in that the particles are mixed with at least one polypropylene to form a batch and the particle-containing batch is mixed with polypropylene and melted in the extruder.
19. Verfahren nach Anspruch 17 oder 18 dadurch gekennzeichnet, daß bei der Herstellung des partikelhaltigen Batches ein Dispergiermittel zugesetzt wird. 19. The method according to claim 17 or 18, characterized in that a dispersant is added during the production of the particle-containing batch.
20. Verwendung einer Folie nach einem der Ansprüche 1 bis 16 als Separator in Hochenergie-oder Hochleistungssystemen, insbesondere in Lithium-, Lithiumionen-, Lithium-Polymer-, und Erdalkali-Batterien. 20. Use of a film according to one of claims 1 to 16 as a separator in high-energy or high-performance systems, in particular in lithium, lithium ion, lithium polymer and alkaline earth batteries.
21. Hochenergie-oder Hochleistungssystemen, insbesondere in Lithium-, Lithiumionen-, Lithium-Polymer-, und Erdalkali-Batterien, enthaltend eine Folie nach einem der Ansprüche 1 bis 16. 21. High-energy or high-performance systems, in particular in lithium, lithium ion, lithium polymer and alkaline earth batteries, containing a film according to one of claims 1 to 16.
22. Biaxial orientierte, ein- oder mehrschichtige Folie, welche mindestens eine poröse Schicht umfasst und diese Schicht mindestens ein Propylenpolymer, ein ß- Nukleierungsmittel und Partikel enthält, wobei die Partikel einen Schmelzpunkt von über 200°C und eine mittlere Teilchengröße von <1 μηι aufweisen. 22. Biaxially oriented, single or multi-layer film, which has at least one porous layer and this layer contains at least one propylene polymer, a ß-nucleating agent and particles, the particles having a melting point of over 200 ° C and an average particle size of <1 μm.
23. Biaxial orientierte, ein- oder mehrschichtige Folie, welche mindestens eine poröse Schicht umfasst und diese Schicht mindestens ein Propylenpolymer und Partikel enthält, wobei die Partikel einen Schmelzpunkt von über 200°C und eine Teilchengröße von <1 pm aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß die poröse Schicht kein ß-Nukleierungsmittel enthält 23. Biaxially oriented, single or multi-layer film, which comprises at least one porous layer and this layer contains at least one propylene polymer and particles, the particles having a melting point of over 200 ° C and a particle size of <1 pm, characterized in that the porous layer does not contain any ß-nucleating agent
24. Biaxial orientierte, ein- oder mehrschichtige Folie, welche mindestens eine poröse Schicht umfasst und diese Schicht mindestens ein Propylenpolymer und Partikel enthält, wobei die Partikel einen Schmelzpunkt von über 200°C und eine Teilchengröße von <1 m aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß die poröse Schicht kein ß-Nukleierungsmittel und kein Blockcopolymer enthält und die poröse Schicht einen Gurleywert von unter 500s aufweist. 24. Biaxially oriented, single or multi-layer film, which comprises at least one porous layer and this layer contains at least one propylene polymer and particles, the particles having a melting point of over 200 ° C and a particle size of <1 m, characterized in that the porous layer contains no ß-nucleating agent and no block copolymer and the porous layer has a Gurley value of less than 500s.
25. Biaxial orientierte, ein- oder mehrschichtige Folie nach einem der Ansprüche 22, 23 oder 24, dadurchgekennzeichnet, daß auf einer REM Aufnahme eines Folienmusters der biaxial orientierten, ein- oder mehrschichtigen poröse Folie von 10mm2 höchsten ein Agglomerat oder höchstens ein Partikel mit einer Teilchengröße von >1 pm nachweisbar ist.. 25. Biaxially oriented, single or multi-layer film according to one of claims 22, 23 or 24, characterized in that on an SEM image of a film sample of the biaxially oriented, single or multi-layer porous film of 10 mm 2 at most one agglomerate or at most one particle a particle size of >1 pm can be detected.
26. Verfahren zur Herstellung einer porösen Folie umfassend die Maßnahmen: (i) Exirusion einer mindestens einschichtigen Polypropylenfolie bei welchem26. Process for producing a porous film comprising the measures: (i) extrusion of an at least single-layer polypropylene film in which
Propylenpolymer und kein ß-Nukleierungsmittel und Partikel mit einem Schmelzpunkt von über 200°C in einem Extruder aufgeschmolzen und durch eine Flachdüse auf eine Abzugswalze extrudiert werden, Propylene polymer and no ß-nucleating agent and particles with a melting point of over 200 ° C are melted in an extruder and extruded through a flat die onto a take-off roller,
(ii) anschließend der extrudierte Schmelzefilm unter Ausbildung von ß- Kristalliten abgekühlt und verfestigt wird, (iii) anschließend diese Folie in Längsrichtung und danach in Querrichtung verstreckt wird, (ii) the extruded melt film is then cooled and solidified to form β-crystallites, (iii) this film is then stretched in the longitudinal direction and then in the transverse direction,
dadurch gekennzeichnet, daß die Folie mit einer Verfahrensgeschwindigkeit von 5 m/min bis 200 m/min hergestellt wird und auf einer REM Aufnahme eines Folienmusters der biaxial orientierten, ein- oder mehrschichtigen poröse Folie von 10mm2 höchsten ein Agglomerat oder höchstens ein Partikel mit einer Teilchengröße von >1 μιη nachweisbar ist.. characterized in that the film is produced at a process speed of 5 m / min to 200 m / min and on an SEM image of a film sample of the biaxially oriented, single or multi-layer porous film of 10 mm 2 at most an agglomerate or at most a particle with a Particle size of >1 μιη can be detected.
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