JP2013522379A - Microporous membranes, methods for making these membranes, and use of these membranes as battery separator films - Google Patents
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Abstract
本発明は、高いメルトダウン温度および有用な電解質親和性を有する微多孔膜に関する。本発明は、これらの膜の製造およびバッテリーセパレーターフィルムとしてのこれらの膜の使用にも関する。 The present invention relates to a microporous membrane having a high meltdown temperature and useful electrolyte affinity. The invention also relates to the manufacture of these membranes and the use of these membranes as battery separator films.
Description
本発明は、高いメルトダウン温度およびリチウムイオンポリマー電池のポリマー電解質への有用な親和性を有する微多孔膜に関する。本発明はまた、これらの膜の製造およびバッテリーセパレーターフィルムとしてのこれらの膜の使用にも関する。 The present invention relates to a microporous membrane having a high meltdown temperature and a useful affinity for the polymer electrolyte of a lithium ion polymer battery. The invention also relates to the manufacture of these membranes and the use of these membranes as battery separator films.
微多孔膜は、一次電池および二次電池用のバッテリーセパレーターフィルム(「BSF」)として有用である。このような電池としては、リチウムイオン二次電池、リチウムイオンポリマー二次電池、ニッケル水素電池、ニッケルカドミウム電池、ニッケル亜鉛電池、銀亜鉛電池等が挙げられる。 The microporous membrane is useful as a battery separator film (“BSF”) for primary and secondary batteries. Examples of such batteries include lithium ion secondary batteries, lithium ion polymer secondary batteries, nickel metal hydride batteries, nickel cadmium batteries, nickel zinc batteries, and silver zinc batteries.
微多孔性ポリマー膜は、リチウムイオン電池等におけるバッテリーセパレーターフィルム(「BSF」)として使用することができる。かかる膜は、高い電池温度でのポリマーの可動性が高く、このことが有意な透気度低下につながっている。高温で透気度が下がると電池の電気化学的活性が低下することになり、それによって過充電、急速放電、または他の高温電池条件下における電池故障のリスクが低下するため、この効果はBSFにおいて有益である。電池の内部温度は電気化学的活性が下がった時でも上がり続けることがあるため(例えば温度オーバーシュートから)、高温における膜の熱安定性を高めて電池故障のリスクをさらに下げることが望ましい。これは膜のポリマー中に高融点の種(例えばポリプロピレン)を含むことによって達成することができる。ポリエチレンとポリプロピレンの融点の温度差およびそれらの物理的不適合性のため、特に膜が薄い場合には、両方のポリマーを含有する膜の製造は困難になっている。 The microporous polymer membrane can be used as a battery separator film (“BSF”) in lithium ion batteries and the like. Such membranes have high polymer mobility at high battery temperatures, leading to a significant decrease in air permeability. This effect can be attributed to the BSF, since lowering the air permeability at higher temperatures will reduce the electrochemical activity of the battery, thereby reducing the risk of battery failure under overcharge, rapid discharge, or other high temperature battery conditions. Is beneficial in. Since the internal temperature of the battery may continue to rise even when the electrochemical activity is reduced (eg, from temperature overshoot), it is desirable to further increase the thermal stability of the film at high temperatures to further reduce the risk of battery failure. This can be accomplished by including a high melting point species (eg, polypropylene) in the membrane polymer. Due to the temperature difference between the melting points of polyethylene and polypropylene and their physical incompatibility, it is difficult to produce membranes containing both polymers, especially when the membranes are thin.
電解質がゲル電解質またはポリマー電解質であり、例えば電解質がポリマー媒体内に含まれているリチウムイオン電池(「リチウムイオンポリマー電池」)では、電解質が含まれているポリマー媒体との適合性(例えば親和性)を持ったポリマーを含むBSFが通常は利用されている。リチウムイオンポリマー電池用のBSFは、通常は、例えば円筒型および角柱型リチウムイオン電池において一般的に使用されているBSFに比べて厚さが著しく薄い。 For example, in lithium ion batteries where the electrolyte is a gel electrolyte or a polymer electrolyte and the electrolyte is contained within a polymer medium (“lithium ion polymer battery”), compatibility (eg affinity) with the polymer medium containing the electrolyte BSF containing a polymer having) is usually used. BSFs for lithium ion polymer batteries are typically significantly thinner than BSFs commonly used in, for example, cylindrical and prismatic lithium ion batteries.
したがって、ポリマー電池の電解質媒体として使用されるポリマーとの親和性を有し、かつ高温において寸法安定性のある比較的薄いポリマー膜を製造することが望まれている。 Accordingly, it is desirable to produce a relatively thin polymer film that has an affinity for the polymer used as the electrolyte medium of a polymer battery and is dimensionally stable at high temperatures.
ある実施形態においては、本発明は、少なくとも1重量%のポリエチレンと5.0×105以上のMwおよび80.0J/g以上のΔHmを有する4.0重量%〜20.0重量%のポリプロピレンとを含む膜であって、重量パーセントは膜中のポリマーの重量が基準であり、微多孔性であり、かつ12.0マイクロメートル以下の厚さを有する膜に関する。 In certain embodiments, the present invention provides at least 1% by weight polyethylene and 4.0% to 20.0% by weight polypropylene having a Mw of 5.0 × 10 5 or greater and a ΔHm of 80.0 J / g or greater. Wherein the weight percent is based on the weight of the polymer in the membrane, is microporous, and has a thickness of 12.0 micrometers or less.
別の実施形態においては、本発明は、微多孔膜の製造プロセスであって、(1)希釈剤とポリマーとの混合物を押し出す工程であり、ポリマーがA1の量のポリエチレンおよびA2の量のポリプロピレンを含み、A1が例えば80.0重量%〜96.0重量%の範囲といった1.0重量%以上であり、A2が4.0重量%〜20.0重量%の範囲である(重量パーセントはポリマー−希釈剤混合物中のポリマーの重量が基準である)工程、(2)押出物を少なくとも1つの平面方向に延伸する工程、ならびに(3)希釈剤の少なくとも一部を延伸押出物から除去する工程を含むプロセスに関する。 In another embodiment, the present invention is a manufacturing process of the microporous film, (1) a step of extruding the mixture of diluent and polymer, the amount of polyethylene and A 2 of the amount of polymer A 1 by weight of polypropylene, and the a 1, for example, 80.0 wt% ~96.0 wt% range, such as 1.0 wt% or more, a 2 is in the range of 4.0 wt% to 20.0 wt% (Weight percent is based on the weight of the polymer in the polymer-diluent mixture), (2) stretching the extrudate in at least one planar direction, and (3) stretching at least a portion of the diluent. The present invention relates to a process including a step of removing from an object.
本発明の膜は、改善されたメルトダウン温度および十分な電解質親和性の両方を有する。 The membrane of the present invention has both an improved meltdown temperature and sufficient electrolyte affinity.
ポリエチレンを含みかつ12.0マイクロメートル以下の厚さを有する微多孔膜は、典型的には摂氏145.0度未満のメルトダウン温度を有することが認められている。このポリエチレンをポリプロピレンと合わせると、これらの膜はメルトダウン温度は高くなるがポリマー電解質への親和性が低下することも認められている。本発明は、少なくとも一部は、(膜の重量を基準として)1.0重量%以上のポリエチレンと、4.0重量%〜20.0重量%の、5.0×105以上の重量平均分子量(「Mw」)および80.0J/g以上の融解熱(「ΔHm」)を有するポリプロピレン(重量パーセントは膜の重量が基準である)との混合物を膜が含むと、これらの困難を克服することができるという発見に基づいている。これらの膜は、改善されたメルトダウン温度と、リチウムイオンポリマー電池のBSFとして有用であるのに十分な電解質親和性との両方を有する。 It has been observed that microporous membranes comprising polyethylene and having a thickness of 12.0 micrometers or less typically have a meltdown temperature of less than 145.0 degrees Celsius. It has also been observed that when this polyethylene is combined with polypropylene, these films have a higher meltdown temperature but a reduced affinity for the polymer electrolyte. The present invention is at least partially based on 1.0 weight percent polyethylene (based on the weight of the membrane) and 4.0 weight percent to 20.0 weight percent, 5.0 × 10 5 weight average Overcoming these difficulties when the membrane contains a mixture of polypropylene (weight percent is based on the weight of the membrane) with a molecular weight (“Mw”) and a heat of fusion (“ΔHm”) greater than or equal to 80.0 J / g. Based on the discovery that you can. These membranes have both an improved meltdown temperature and sufficient electrolyte affinity to be useful as a BSF for lithium ion polymer batteries.
本明細書および添付の特許請求の範囲において、「ポリマー」という用語は、1種または複数のモノマーに由来する繰返し単位を含む複数の高分子を含んだ組成物を意味する。これらの高分子は、サイズ、分子構造、原子含有量等が異なっていてもよい。「ポリマー」という用語には、コポリマー、ターポリマー等の高分子が含まれる。「ポリエチレン」は、50%以上(個数基準)のエチレン由来の繰返し単位、好ましくは、ポリエチレンホモポリマー、および/または繰返し単位の少なくとも85%(個数基準)がエチレン単位であるポリエチレンコポリマー、を含有するポリオレフィンを意味する。「ポリプロピレン」は、50.0%超(個数基準)のプロピレン由来の繰返し単位、好ましくは、ポリプロピレンホモポリマー、および/または繰返し単位の少なくとも85%(個数基準)がプロピレン単位であるポリプロピレンコポリマーを含有するポリオレフィンを意味する。アイソタクチックポリプロピレンという用語は、(アイソタクチックポリプロピレンの合計モル数を基準として)約50.0モル%以上のmmmmペンタッド、好ましくは96.0モル%以上のmmmmペンタッドのメソペンタッド分率を有するポリプロピレンを意味する。「微多孔膜」は、細孔を有する薄膜であって、膜の細孔量の90.0パーセント以上(体積基準)が0.01マイクロメートル〜10.0マイクロメートルの範囲の平均直径を有する細孔である。押出物から製造される膜に関しては、機械方向(「MD」)は、ダイから押出物が製造される方向と定義される。横方向(「TD」)は、押出物のMDおよび厚さ方向の両方に対して垂直な方向と定義される。MDおよびTDは膜の平面方向と呼んでもよく、この文脈において「平面」という語は、膜が平らな場合におけるほぼ膜の平面にある方向を意味する。
微多孔膜の組成
In this specification and the appended claims, the term “polymer” means a composition comprising a plurality of macromolecules comprising repeating units derived from one or more monomers. These polymers may be different in size, molecular structure, atomic content and the like. The term “polymer” includes polymers such as copolymers and terpolymers. “Polyethylene” contains 50% or more (number basis) of ethylene-derived repeat units, preferably polyethylene homopolymer, and / or polyethylene copolymer in which at least 85% (number basis) of repeat units are ethylene units. Means polyolefin. “Polypropylene” contains more than 50.0% (number basis) of propylene-derived repeating units, preferably polypropylene homopolymer, and / or polypropylene copolymer in which at least 85% (number basis) of repeating units are propylene units Means polyolefin. The term isotactic polypropylene (based on the total number of moles of isotactic polypropylene) is a polypropylene having a mesopentad fraction of about 50.0 mol% or more mmmm pentads, preferably 96.0 mol% or more mmmm pentads. Means. A “microporous membrane” is a thin film having pores, in which 90.0 percent or more (volume basis) of the pore amount of the membrane has an average diameter in the range of 0.01 to 10.0 micrometers. It is a pore. For membranes made from extrudates, the machine direction (“MD”) is defined as the direction in which the extrudates are made from a die. The transverse direction (“TD”) is defined as the direction perpendicular to both the MD and thickness directions of the extrudate. MD and TD may be referred to as the planar direction of the membrane, and in this context the term “planar” means a direction that is approximately in the plane of the membrane when the membrane is flat.
Composition of microporous membrane
1つまたは複数の実施形態においては、本発明は、微多孔性であり、かつ12.0マイクロメートル以下の厚さを有する、ポリエチレンおよびポリプロピレンを含む膜に関する。ある実施形態においては、微多孔膜は、ポリエチレンの量(A1)、ならびに5.0×105以上のMwおよび80.0J/g以上のΔHmを有するポリプロピレンの量(A2)を含む。A1およびA2は、膜中のポリマーの重量を基準とした重量パーセントで表すことができる。例えば、重量パーセントは、膜中におけるポリエチレンとポリプロピレンとを合わせた重量を基準とすることができ、例えば、A1+A2=100重量%である。他の実施形態においては、例えば膜が本質的にポリエチレンおよびポリプロピレンのみからなる(または正にポリエチレンおよびポリプロピレンのみからなる)場合がそうであり得るように、重量パーセントは膜の重量が基準である。 In one or more embodiments, the present invention relates to a membrane comprising polyethylene and polypropylene that is microporous and has a thickness of 12.0 micrometers or less. In some embodiments, the microporous membrane comprises an amount of polyethylene (A 1 ) and an amount of polypropylene (A 2 ) having a Mw of 5.0 × 10 5 or greater and a ΔHm of 80.0 J / g or greater. A 1 and A 2 can be expressed in weight percent based on the weight of the polymer in the membrane. For example, the weight percent can be based on the combined weight of polyethylene and polypropylene in the membrane, for example, A 1 + A 2 = 100 wt%. In other embodiments, the weight percent is based on the weight of the membrane, for example, as may be the case when the membrane consists essentially of polyethylene and polypropylene (or just consists of polyethylene and polypropylene).
例えば、1つまたは複数の実施形態においては、A1は80.0重量%〜96.0重量%の範囲であり、A2は4.0重量%〜20.0重量%の範囲であり、A1およびA2の重量パーセントは100重量%に等しいA1とA2とを合わせた重量が基準である。所望により、A1は例えば94.75重量%〜95.25重量%の範囲といった84.5重量%〜95.5重量%の範囲である。所望により、A2は例えば4.75重量%〜5.25重量%の範囲といった4.5重量%〜15.5重量%の範囲である。 For example, in one or more embodiments, A 1 is in the range of 80.0 wt% to 96.0 wt%, A 2 is in the range of 4.0 wt% to 20.0 wt%, weight percent of a 1 and a 2 are weight based a combination of the a 1 and a 2 is equal to 100 wt%. Optionally, A 1 is in the range of 84.5 wt% ~95.5 wt%, such a range of, for example, 94.75 wt% ~95.25 wt%. Optionally, A 2 is in the range of 4.5 wt% ~15.5 wt%, such a range of, for example 4.75 wt% to 5.25 wt%.
以下、ポリエチレンおよびポリプロピレンの選択された実施形態についてさらに詳細に説明するが、この説明は本発明のより広い範囲内にある他の実施形態を除外することを意図するものである。
ポリエチレン
In the following, selected embodiments of polyethylene and polypropylene will be described in more detail, but this description is intended to exclude other embodiments that are within the broader scope of the present invention.
polyethylene
特定の実施形態においては、ポリエチレン(「PE」)は、2種以上のポリエチレン(後述する「PE1」、「PE2」、「PE3」等)の混合物等の、ポリエチレンの混合物または反応器ブレンドを含み得る。例えば、PEは(i)第1のPE(PE1)および/または第2のPE(PE2)と(ii)第3のPE(PE3)とのブレンドを含んでもよい。
PE1
In certain embodiments, polyethylene ("PE") comprises a mixture of polyethylene or reactor blend, such as a mixture of two or more polyethylenes ("PE1,""PE2,""PE3," etc., described below). obtain. For example, the PE may comprise a blend of (i) a first PE (PE1) and / or a second PE (PE2) and (ii) a third PE (PE3).
PE1
ある実施形態においては、第1のPE(「PE1」)は、例えば、例えば約1.0×105〜約0.90×106の範囲といった1.0×106未満のMw、例えば約2.0〜約20.0の範囲といった50.0以下のMWD、および炭素原子1.0×104個当たり0.20未満の末端不飽和量を有するPEであってもよい。所望により、PE1は約4.0×105〜約6.0×105の範囲のMwおよび約3.0〜約10.0の分子量分布(「MWD」、Mwを数平均分子量で割ったものと定義される)を有する。所望により、PE1は炭素原子1.0×104個当たり0.14以下、または炭素原子1.0×104個当たり0.12以下、例えば炭素原子1.0×104個当たり0.05〜0.14の範囲(例えば測定の検出限界よりも下)の末端不飽和量を有する。
PE2
In some embodiments, the first PE (“PE1”) has an Mw of less than 1.0 × 10 6 , for example about 1.0 × 10 5 to about 0.90 × 10 6 , for example about PE having a MWD of 50.0 or less, such as in the range of 2.0 to about 20.0, and a terminal unsaturation amount of less than 0.20 per 1.0 × 10 4 carbon atoms. Optionally, PE1 has a Mw in the range of about 4.0 × 10 5 to about 6.0 × 10 5 and a molecular weight distribution of about 3.0 to about 10.0 (“MWD”, Mw divided by number average molecular weight). Defined as). Optionally, PE1 is 1.0 × 10 4 cells per 0.14 or less carbon atoms, or a carbon atom 1.0 × 10 4 cells per 0.12 or less, for example, carbon atoms 1.0 × 10 4 per 0.05 It has a terminal unsaturation in the range of ~ 0.14 (eg below the detection limit of measurement).
PE2
ある実施形態においては、第2のPE(「PE2」)は、例えば、例えば約2.0×105〜約0.9×106の範囲といった1.0×106未満のMw、例えば約2〜約50の範囲といった50.0以下のMWD、および炭素原子1.0×104個当たり0.20超の末端不飽和量を有するPEであってもよい。所望により、PE2は炭素原子1.0×104個当たり0.30超、または炭素原子1.0×104個当たり0.50超、例えば炭素原子1.0×104個当たり0.6〜10.0の範囲の末端不飽和量を有する。PE2の非限定的な例としては、例えば約7.5×105といった約3.0×105〜約8.0×105の範囲のMwおよび約4〜約15のMWDを有するものがある。 In some embodiments, the second PE (“PE2”) has a Mw of less than 1.0 × 10 6 , eg, about 2.0 × 10 5 to about 0.9 × 10 6 , eg, about PE with a MWD of 50.0 or less, such as in the range of 2 to about 50, and terminal unsaturation greater than 0.20 per 1.0 × 10 4 carbon atoms. Optionally, PE2 0.30 greater per 1.0 × 10 4 carbon atoms, or 0.50 than carbon atoms 1.0 × 10 4 per, for example, carbon atoms 1.0 × 10 4 per 0.6 It has terminal unsaturation in the range of -10.0. Non-limiting examples of PE2 include those having a Mw in the range of about 3.0 × 10 5 to about 8.0 × 10 5 , such as about 7.5 × 10 5 and an MWD of about 4 to about 15. is there.
PE1および/またはPE2は、例えばエチレンホモポリマー、または、α−オレフィン等の1種または複数のコモノマーをモル比で100%のコポリマーを基準として5.0モル%以下で含有するエチレン/α−オレフィンコポリマーであってもよい。所望によりα−オレフィンは、プロピレン、ブテン−1、ペンテン−1、ヘキセン−1、4−メチルペンテン−1、オクテン−1、酢酸ビニル、メタクリル酸メチル、またはスチレンの1種または複数である。かかるPEは、摂氏132度以上の融点を有してもよい。PE1は、例えばチーグラー・ナッタ触媒またはシングルサイト重合触媒を用いるプロセスで製造することができるが、これは必須ではない。末端不飽和量は、例えばPCT公開WO97/23554に記載の手順に従って測定することができる。PE2は、例えばクロム含有触媒を用いて製造することができる。
PE3
PE1 and / or PE2 is an ethylene / α-olefin containing, for example, ethylene homopolymer or 5.0 or less mol% of one or more comonomers such as α-olefin based on 100% molar copolymer It may be a copolymer. Optionally, the α-olefin is one or more of propylene, butene-1, pentene-1, hexene-1, 4-methylpentene-1, octene-1, vinyl acetate, methyl methacrylate, or styrene. Such PE may have a melting point of 132 degrees Celsius or higher. PE1 can be produced, for example, by a process using a Ziegler-Natta catalyst or a single site polymerization catalyst, but this is not essential. The amount of terminal unsaturation can be measured, for example, according to the procedure described in PCT Publication WO 97/23554. PE2 can be produced using, for example, a chromium-containing catalyst.
PE3
ある実施形態においては、第3のPE(「PE3」)は、例えば、例えば約1.0×106〜約5.0×106の範囲といった1.0×106以上のMwおよび約1.2〜約50.0のMWDを有するPEであってもよい。PE3の非限定的な例としては、例えば約2.0×106といった、約1.0×106〜約3.0×106のMw、および例えば約2.0〜約20.0、好ましくは約4.0〜約15.0といった、20.0以下のMWDを有するものがある。PE3は、例えば、エチレンホモポリマー、またはモル比で100%のコポリマーを基準として5.0モル%以下のα−オレフィン等の1種または複数のコモノマーを含有するエチレン/α−オレフィンコポリマーであってもよい。コモノマーは、例えば、プロピレン、ブテン−1、ペンテン−1、ヘキセン−1、4−メチルペンテン−1、オクテン−1、酢酸ビニル、メタクリル酸メチル、またはスチレンの1つまたは複数であってもよい。かかるポリマーまたはコポリマーは、チーグラー・ナッタ触媒またはシングルサイト触媒を用いて製造することができるが、これは必須ではない。かかるPEは摂氏134度以上の融点を有してもよい。PE1〜PE3の融点は、例えばPCT特許公開第WO2008/140835号に開示されている方法により求めることができる。 In some embodiments, the third PE (“PE3”) has a Mw of 1.0 × 10 6 or greater, such as, for example, in the range of about 1.0 × 10 6 to about 5.0 × 10 6 and about 1 It may be a PE having an MWD of 2 to about 50.0. Non-limiting examples of PE3 include about 1.0 × 10 6 to about 3.0 × 10 6 Mw, such as about 2.0 × 10 6 , and about 2.0 to about 20.0, for example. Some have an MWD of 20.0 or less, preferably from about 4.0 to about 15.0. PE3 is, for example, an ethylene homopolymer or an ethylene / α-olefin copolymer containing one or more comonomers, such as 5.0 mol% or less α-olefin, based on a 100% molar copolymer. Also good. The comonomer may be, for example, one or more of propylene, butene-1, pentene-1, hexene-1, 4-methylpentene-1, octene-1, vinyl acetate, methyl methacrylate, or styrene. Such polymers or copolymers can be produced using Ziegler-Natta catalysts or single site catalysts, but this is not essential. Such PE may have a melting point of 134 degrees Celsius or higher. The melting points of PE1 to PE3 can be determined, for example, by the method disclosed in PCT Patent Publication No. WO2008 / 140835.
1つまたは複数の実施形態においては、PEは、B1の量のPE1および/またはPE2とB2の量のPE3とを含む。ある実施形態においては、B1は60.0重量%〜96.0重量%の範囲であり、B2は0.0重量%〜20.0重量%の範囲である(B1およびB2の重量パーセントは膜中のポリマーの重量が基準である)。所望により、B1は、膜中の総ポリマーを基準として例えば80.0重量%〜85.0重量%の範囲といった69.5重量%〜90.5重量%の範囲である。所望により、B2は、膜中の総ポリマーを基準として例えば9.75重量%〜15.25重量%の範囲といった5.0重量%〜15.0重量%の範囲である。ある実施形態においては、B1は79.0重量%〜95.0重量%の範囲であり、B2は0.0重量%〜16.0重量%の範囲である。B2が約7.5重量%未満の場合、例えば摂氏147度以上といった摂氏145度以上のメルトダウン温度を有する膜を製造するのがより困難となり得るため、一実施形態においては、膜は例えば摂氏147度以上といった摂氏145度以上のメルトダウン温度を有し、かつ例えば10.0重量%以上といった8.0重量%以上のB2を有する。
ポリプロピレン
In one or more embodiments, the PE comprises PE 1 and / or PE 2 in an amount of B 1 and PE 3 in an amount of B 2 . In some embodiments, B 1 is in the range of 60.0 wt% to 96.0 wt%, and B 2 is in the range of 0.0 wt% to 20.0 wt% (of B 1 and B 2 The weight percent is based on the weight of the polymer in the membrane). Optionally, B 1 is in the range of 69.5 wt% ~90.5 wt% such total polymer the scope of example 80.0 wt% ~85.0 wt%, based in the film. If desired, B 2 is in the range of the total polymer for example, based on the 9.75 wt% ~15.25 such wt% in the range 5.0 wt% to 15.0 wt% in the film. In some embodiments, B 1 ranges from 79.0 wt% to 95.0 wt% and B 2 ranges from 0.0 wt% to 16.0 wt%. If B 2 is less than about 7.5 wt%, for example because to produce a film having a meltdown temperature of more than 145 degrees Celsius, such as more than 147 degrees Celsius can become more difficult, in one embodiment, the membrane e.g. It has over meltdown temperature of 145 degrees Celsius such above 147 degrees Celsius, and having 8.0 wt% or more of B 2 which say for example 10.0 wt% or more.
polypropylene
ある実施形態においては、ポリプロピレン(「PP」)は、例えば、例えば6.0×105以上、または7.5×105以上、例えば約0.8×106〜約3.0×106の範囲、例えば0.9×106〜2.0×106の範囲といった、5.0×105以上のMwを有するポリプロピレンであってもよい。所望により、PPは摂氏160.0度以上のTmおよび80.0J/g以上、例えば90.0J/g以上、または100.0J/g以上、例えば110J/g〜120J/gの範囲のΔHmを有する。所望により、PPは例えば約1.5〜約10.0の範囲、例えば約2.0〜約8.5の範囲といった、20.0以下のMWDを有する。所望により、PPはプロピレンと5.0モル%以下のコモノマーとのコポリマー(ランダムまたはブロック)であり、コモノマーは、例えば、エチレン、ブテン−1、ペンテン−1、ヘキセン−1、4−メチルペンテン−1、オクテン−1、酢酸ビニル、メタクリル酸メチル、およびスチレン等の1つまたは複数のα−オレフィン、またはブタジエン、1,5−ヘキサジエン、1,7−オクタジエン、1,9−デカジエン等の1つまたは複数のジオレフィンである。 In certain embodiments, polypropylene ( "PP"), for example, for example, 6.0 × 10 5 or more, or 7.5 × 10 5 or more, such as about 0.8 × 10 6 ~ about 3.0 × 10 6 A polypropylene having a Mw of 5.0 × 10 5 or more, such as a range of 0.9 × 10 6 to 2.0 × 10 6 , may be used. If desired, the PP has a Tm of 160.0 degrees Celsius or higher and a ΔHm of 80.0 J / g or higher, such as 90.0 J / g or higher, or 100.0 J / g or higher, such as 110 J / g to 120 J / g. Have. Optionally, the PP has an MWD of 20.0 or less, such as in the range of about 1.5 to about 10.0, such as in the range of about 2.0 to about 8.5. Optionally, PP is a copolymer (random or block) of propylene and up to 5.0 mole% comonomer, which may be, for example, ethylene, butene-1, pentene-1, hexene-1, 4-methylpentene- 1, one or more α-olefins such as octene-1, vinyl acetate, methyl methacrylate, and styrene, or one such as butadiene, 1,5-hexadiene, 1,7-octadiene, 1,9-decadiene, etc. Or a plurality of diolefins.
ある実施形態においては、PPはアイソタクチックポリプロピレンである。ある実施形態においては、PPは、(a)約90.0モル%以上のmmmmペンタッド、所望により96.0モル%以上のmmmmペンタッド、好ましくは96.0モル%以上のmmmmペンタッドのメソペンタッド分率、および(b)例えば炭素原子1.0×104個当たり約20以下といった炭素原子1.0×104個当たり約50.0以下の立体的欠陥量、または例えば炭素原子1.0×104個当たり約5.0以下といった炭素原子1.0×104個当たり約10.0以下の立体的欠陥量を有する。所望により、PPは以下の特性の1つまたは複数を有する:(i)摂氏162.0度以上のTm、(ii)摂氏230度の温度および25秒−1のひずみ速度における、約5.0×104Pa秒以上の伸張粘度、(iii)約摂氏230度の温度および25秒−1のひずみ速度にて測定した場合の約15以上のトルートン比、(iv)約0.1dg/分以下、例えば約0.01dg/分以下(すなわち、値が低く事実上MFRが測定不能)のメルトフローレート(「MFR」;ASTM D−1238−95 条件L、摂氏230度および2.16kgにて)、または(v)PPの重量を基準として、例えば0.2重量%以下、例えば0.1重量%以下といった、0.5重量%以下の抽出可能な種の量(PPと沸騰キシレンとを接触させることにより抽出可能)。 In some embodiments, PP is isotactic polypropylene. In certain embodiments, the PP comprises (a) a mesopentad fraction of about 90.0 mol% or more mmmm pentads, optionally 96.0 mol% or more mmmm pentads, preferably 96.0 mol% or more mmmm pentads. And (b) a steric defect amount of about 50.0 or less per 1.0 × 10 4 carbon atoms, eg, about 20 × or less per 1.0 × 10 4 carbon atoms, or 1.0 × 10 carbon atoms, for example The amount of steric defects is about 10.0 or less per 1.0 × 10 4 carbon atoms, such as about 5.0 or less per four . Optionally, the PP has one or more of the following properties: (i) a Tm greater than or equal to 162.0 degrees Celsius, (ii) a temperature of 230 degrees Celsius and a strain rate of 25 seconds −1 at about 5.0. × 10 4 Pa seconds or higher, (iii) Trought ratio of about 15 or more when measured at a temperature of about 230 degrees Celsius and a strain rate of 25 seconds −1 , (iv) about 0.1 dg / minute or less For example, melt flow rate ("MFR"; ASTM D-1238-95 Condition L, 230 degrees Celsius, and 2.16 kg) at about 0.01 dg / min or less (ie, low value and practically MFR cannot be measured) Or (v) 0.5 wt% or less of an extractable species amount, such as 0.2 wt% or less, for example 0.1 wt% or less, based on the weight of PP (contacting PP with boiling xylene) Letting More can be extracted).
ある実施形態においては、PPは、約0.9×106〜約2.0×106の範囲のMw、例えば2.0〜8.5の範囲、例えば2.5〜6.0の範囲といった、8.5以下のMWD、および90.0J/g以上のΔHmを有するアイソタクチックPPである。通常は、かかるPPは、94.0モル%以上のmmmmペンタッドのメソペンタッド分率、炭素原子1.0×104個当たり約5.0以下の立体的欠陥量、および摂氏162.0度以上のTmを有する。ある実施形態においては、PPは6.0×105以上のMw、8.5以下のMWD、および90.0J/g以上のΔHmを有する90.0重量%以上のアイソタクチックポリプロピレン(重量パーセントはPPの重量が基準である)を含む。 In some embodiments, the PP has a Mw in the range of about 0.9 × 10 6 to about 2.0 × 10 6 , such as in the range of 2.0 to 8.5, such as in the range of 2.5 to 6.0. Isotactic PP having an MWD of 8.5 or less and a ΔHm of 90.0 J / g or more. Typically, such PP has a mesopentad fraction of mmmm pentads greater than or equal to 94.0 mol%, less than about 5.0 steric defects per 1.0 × 10 4 carbon atoms, and greater than or equal to 162.0 degrees Celsius. Tm. In some embodiments, the PP comprises 90.0 wt% or more isotactic polypropylene (weight percent) having a Mw of 6.0 × 10 5 or more, an MWD of 8.5 or less, and a ΔHm of 90.0 J / g or more. Is based on the weight of PP).
PPの非限定的な例、ならびにPPのTm、メソペンタッド分率、立体規則性、固有粘度、トルートン比、立体的欠陥、および抽出可能な種の量の決定方法は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる、PCT特許公開第WO2008/140835号に記載されている。 Non-limiting examples of PP and methods for determining PP Tm, mesopentad fraction, stereoregularity, intrinsic viscosity, trouton ratio, steric defects, and amount of extractable species are hereby incorporated by reference in their entirety. PCT Patent Publication No. WO 2008/140835, which is incorporated into the document.
PPのΔHmは、その全体が参照により本明細書に組み込まれる、PCT特許公開第WO2007/132942号に開示されている方法で決定する。Tmは、パーキンエルマーインスツルメント社製、model Pyris 1 DSCによって得た示差走査熱量測定(DSC)デ−タから決定することができる。約5.5〜6.5mgの重量の試料をアルミニウム製の試料パンに封入する。DSCデータを、まず初めに、第一融解(デ−タは記録せず)と呼ぶ、試料を摂氏10度/分の速度で摂氏230度に加熱することにより記録する。冷却加熱サイクルを適用する前に、試料を10分間摂氏230度に保持する。次いで、試料を摂氏10度/分の速度で約摂氏230度から約摂氏25度に冷却(「結晶化」と呼ぶ)した後、10分間摂氏25度に保持し、次いで摂氏10度/分の速度で摂氏230度に加熱(「第二融解」と呼ぶ)する。結晶化と第二融解の両方における熱事象を記録する。融解温度(Tm)は第2の融解曲線のピーク温度であり、結晶化温度(Tc)は結晶化ピークのピーク温度である。
他の種
The ΔHm of the PP is determined by the method disclosed in PCT Patent Publication No. WO 2007/132294, which is incorporated herein by reference in its entirety. Tm can be determined from differential scanning calorimetry (DSC) data obtained by model Pyris 1 DSC manufactured by Perkin Elmer Instruments. A sample weighing approximately 5.5-6.5 mg is enclosed in an aluminum sample pan. DSC data is recorded by first heating the sample to 230 degrees Celsius at a rate of 10 degrees Celsius / minute, referred to as the first melt (no data recorded). The sample is held at 230 degrees Celsius for 10 minutes before applying the cooling heating cycle. The sample is then cooled (called “crystallization”) from about 230 degrees Celsius to about 25 degrees Celsius at a rate of 10 degrees Celsius / minute, then held at 25 degrees Celsius for 10 minutes, and then 10 degrees Celsius / minute Heat to 230 degrees Celsius at a rate (referred to as “second melt”). Record thermal events in both crystallization and second melt. The melting temperature (Tm) is the peak temperature of the second melting curve, and the crystallization temperature (Tc) is the peak temperature of the crystallization peak.
Other species
所望により、無機種(例えばシリカおよび/またはアルミナといった、ケイ素および/またはアルミニウム原子を含有する種等)、ならびに/またはPCT公開WO2007/132942および同WO2008/016174(ともにその全体が参照により本明細書に組み込まれる)に記載のポリマー等の耐熱性ポリマーは、膜中に存在してもよい。ある実施形態においては、膜は、膜の重量を基準として1.0重量%以下のかかる材料を含有する。 Optionally, inorganic species (such as species containing silicon and / or aluminum atoms, such as silica and / or alumina, etc.), and / or PCT publications WO2007 / 132294 and WO2008 / 016174 (both herein incorporated by reference in their entirety). The heat-resistant polymer such as the polymer described in (1) may be present in the film. In certain embodiments, the membrane contains 1.0% or less by weight of such material, based on the weight of the membrane.
例えば加工助剤としての少量の希釈剤または他の種もまた、膜の重量を基準として通常は1.0重量%未満の量で膜中に存在してもよい。 For example, small amounts of diluents or other species as processing aids may also be present in the membrane in amounts usually less than 1.0% by weight, based on the weight of the membrane.
微多孔膜が押出しによって製造される場合、最終微多孔膜は、通常は、押出物の製造に用いるポリマーを含む。処理中に導入する少量の希釈剤または他の種もまた、通常は、膜の重量を基準として1.0重量%未満の量で存在してもよい。処理中にポリマーの分子量が少量低下することがあるが、これは許容可能なものである。ある形態においては、処理中に分子量の低下があったとしても、膜中のポリマーのMWDの値と膜の製造に用いるポリマーのMWD(例えば押出し前)との違いは、例えば、わずか約10%、わずか約1%、またはわずか約0.1%にしかならない。
MwおよびMWDの決定
When the microporous membrane is made by extrusion, the final microporous membrane usually contains the polymer used to make the extrudate. Small amounts of diluent or other species introduced during processing may also be present, usually in an amount of less than 1.0% by weight, based on the weight of the membrane. During processing, the molecular weight of the polymer may be reduced by a small amount, which is acceptable. In some forms, even if there is a decrease in molecular weight during processing, the difference between the MWD value of the polymer in the membrane and the MWD of the polymer used to make the membrane (eg, before extrusion) is, for example, only about 10% Only about 1%, or only about 0.1%.
Determination of Mw and MWD
ポリマーのMwおよびMWDは、示差屈折計(DRI)を備えた高温サイズ排除クロマトグラフ、すなわち「SEC」(GPC PL 220、ポリマーラボラトリーズ社製)を用いて決定することができる。測定は、"Macromolecules, Vol. 34, No.19, pp. 6812-6820 (2001)"に開示されている手順に従って行う。MwおよびMWDの決定には、3本のPLgel Mixed−Bカラム(ポリマーラボラトリーズ社製)を用いる。PEに関しては、公称流量は0.5cm3/分であり、公称注入量は300マイクロLであり、トランスファーライン、カラム、およびDRI検出器が、摂氏145度に維持されたオーブン内に含まれている。PPに関しては、公称流量は1.0cm3/分であり、公称注入量は300マイクロLであり、トランスファーライン、カラム、およびDRI検出器が、摂氏160度に維持されたオーブン内に含まれている。 The Mw and MWD of the polymer can be determined using a high temperature size exclusion chromatograph equipped with a differential refractometer (DRI), ie “SEC” (GPC PL 220, Polymer Laboratories). The measurement is performed according to the procedure disclosed in “Macromolecules, Vol. 34, No. 19, pp. 6812-6820 (2001)”. Three PLgel Mixed-B columns (Polymer Laboratories) are used for the determination of Mw and MWD. For PE, the nominal flow rate is 0.5 cm 3 / min, the nominal injection volume is 300 microL, and the transfer line, column, and DRI detector are contained in an oven maintained at 145 degrees Celsius. Yes. For PP, the nominal flow rate is 1.0 cm 3 / min, the nominal injection volume is 300 microL, and the transfer line, column, and DRI detector are contained in an oven maintained at 160 degrees Celsius. Yes.
使用するGPC溶媒は、約1000ppmのブチル化ヒドロキシトルエン(BHT)を含有する、濾過済みの、アルドリッチ社製の、試薬グレードの1,2,4−トリクロロベンゼン(TCB)である。TCBを、SECに導入する前にオンライン脱気装置で脱気する。SEC溶離液として同じ溶媒を用いる。乾燥ポリマーをガラス容器に入れ、所望の量のTCB溶媒を加え、次いでこの混合物を摂氏160度で継続的に撹拌しながら約2時間加熱することにより、ポリマー溶液を調製する。ポリマー溶液の濃度は0.25〜0.75mg/mlである。試料溶液は、GPCに注入する前に、モデルSP260 Sample Prep Station(ポリマーラボラトリーズ社製)を用いて2マイクロメートルフィルターでオフラインろ過する。 The GPC solvent used is a filtered Aldrich reagent grade 1,2,4-trichlorobenzene (TCB) containing about 1000 ppm butylated hydroxytoluene (BHT). The TCB is degassed with an online degasser prior to introduction into the SEC. The same solvent is used as the SEC eluent. A polymer solution is prepared by placing the dried polymer into a glass container, adding the desired amount of TCB solvent, and then heating the mixture at 160 degrees Celsius with continuous stirring for about 2 hours. The concentration of the polymer solution is 0.25 to 0.75 mg / ml. The sample solution is filtered off-line with a 2 micrometer filter using a model SP260 Sample Prep Station (manufactured by Polymer Laboratories) before being injected into the GPC.
Mp(「Mp」はMwにおけるピークと定義される)が約580〜約10,000,000の範囲の17種のそれぞれのポリスチレン標準を用いて作成した検量線でカラムセットの分離効率を較正する。ポリスチレン標準はポリマーラボラトリーズ社(マサチューセッツ州アマースト)より入手する。各PS標準についてDRI信号のピークにおける保持容量を記録し、このデータセットを二次多項式に当てはめることによって、検量線(logMp対保持容量)を作成する。ウェーブメトリクス社(Wave Metrics, Inc.)製IGOR Proを用いて試料を分析する。
膜
Calibrate the separation efficiency of the column set with a calibration curve generated using 17 individual polystyrene standards with Mp ("Mp" defined as the peak at Mw) in the range of about 580 to about 10,000,000. . Polystyrene standards are obtained from Polymer Laboratories (Amherst, Mass.). A calibration curve (logMp vs. retention capacity) is created by recording the retention capacity at the peak of the DRI signal for each PS standard and fitting this data set to a second order polynomial. Samples are analyzed using IGOR Pro manufactured by Wave Metrics, Inc.
film
本発明を以下の実施形態でさらに説明する。この説明は本発明のより広い範囲内にある他の実施形態を除外することを意図するものではない。 The invention is further described in the following embodiments. This description is not intended to exclude other embodiments within the broader scope of the invention.
一実施形態においては、本発明は、79.0重量%〜86.0重量%のPE1、9.0重量%〜16.0重量%のPE3、および4.0重量%〜6.0重量%のPPを含む膜に関し、ここで(i)PE1は、約4.0×105〜約6.0×105の範囲のMw、約3.0〜約10.0のMWD、炭素原子1.0×104個当たり0.14以下の末端不飽和量、および摂氏132度以上の融点を有し、(ii)PE3は、約1.0×106〜約3.0×106の範囲のMw、約4.0〜約15.0の範囲のMWD、および摂氏134度以上の融点を有し、(iii)PPは、約0.9×106〜約2.0×106の範囲のMw、例えば2.0〜8.5の範囲、例えば2.5〜6.0の範囲といった、8.5以下のMWD、および例えば100.0J/g以上といった、90.0J/g以上のΔHmを有するアイソタクチックPPであり(重量パーセントは膜の重量が基準である)、(iv)膜は微多孔性であり、かつ(v)膜は、例えば8.0マイクロメートル以下といった12.0マイクロメートル以下の厚さを有する。所望により膜は単層膜である。所望により、膜は膜の重量を基準として1.0重量%以下のPE2を含有する。かかる膜は、例えば、例えば摂氏148.0度以上、例えば摂氏150.0度以上といった、摂氏145.0度以上のメルトダウン温度;例えば0.20秒/マイクロメートル以下、例えば0.18秒/マイクロメートル以下といった、0.24秒/マイクロメートル以下の規格化電解質親和性;および例えば2.90×102mN/マイクロメートル以上といった、2.85×102mN/マイクロメートル以上の規格化突刺強度を有する。ある実施形態においては、膜は、9.0マイクロメートル以下の厚さ、2.85×102mN/マイクロメートル以上の規格化突刺強度、0.18秒/マイクロメートル以下のNEA、および35.0%以上の空孔率を有する。所望により、PE1、PE2、およびPPを合わせた重量は、膜の重量の、例えば98.0重量%以上、例えば99.0重量%以上といった、95.0重量%以上である。 In one embodiment, the present invention provides 79.0 wt.% To 86.0 wt.% PE1, 9.0 wt.% To 16.0 wt.% PE3, and 4.0 wt.% To 6.0 wt.%. Where: (i) PE1 has a Mw in the range of about 4.0 × 10 5 to about 6.0 × 10 5 , an MWD of about 3.0 to about 10.0, carbon atoms 1 A terminal unsaturation amount of 0.14 or less per 0.0 × 10 4 , and a melting point of 132 ° C. or more; (ii) PE3 is about 1.0 × 10 6 to about 3.0 × 10 6 Having an Mw in the range, an MWD in the range of about 4.0 to about 15.0, and a melting point of 134 degrees Celsius or higher; (iii) PP is about 0.9 × 10 6 to about 2.0 × 10 6 Mw in the range of 8.5, for example in the range of 2.0 to 8.5, for example in the range of 2.5 to 6.0, MWD of 8.5 or less, and for example 100 Isotactic PP having a ΔHm of 90.0 J / g or greater, such as 0 J / g or greater (weight percent is based on the weight of the membrane), (iv) the membrane is microporous, and (v) The film has a thickness of 12.0 micrometers or less, for example 8.0 micrometers or less. If desired, the film is a single layer film. Optionally, the membrane contains 1.0 wt% or less of PE2 based on the weight of the membrane. Such a film has a meltdown temperature of, for example, 145.0 degrees Celsius or higher, such as 148.0 degrees Celsius or higher, such as 150.0 degrees Celsius or higher; such as 0.20 seconds / micrometer or lower, such as 0.18 seconds / Normalized electrolyte affinity of 0.24 seconds / micrometer or less, such as micrometer or less; and a standardized piercing of 2.85 × 10 2 mN / micrometer or more, eg, 2.90 × 10 2 mN / micrometer or more Has strength. In certain embodiments, the membrane has a thickness of 9.0 micrometers or less, a normalized puncture strength of 2.85 × 10 2 mN / micrometer or more, a NEA of 0.18 seconds / micrometer or less, and 35. It has a porosity of 0% or more. Optionally, the combined weight of PE1, PE2, and PP is 95.0% by weight or more, such as 98.0% by weight or more, for example 99.0% by weight or more, of the weight of the membrane.
別の実施形態においては、本発明は、79.0重量%〜86.0重量%のPE2、9.0重量%〜16.0重量%のPE3、および4.0重量%〜6.0重量%のPPを含む膜に関し、ここで(i)PE2は、約3.0×105〜約8.0×105の範囲のMw、約4〜約15の範囲のMWD、炭素原子1.0×104個当たり0.20以上の末端不飽和量、および摂氏132度以上の融点を有し、(ii)PE3は、約1.0×106〜約3.0×106の範囲のMw、約4.0〜約15.0の範囲のMWD、および摂氏134度以上の融点を有し、(iii)PPは、約0.9×106〜約2.0×106の範囲のMw、例えば2.0〜8.5の範囲、例えば2.5〜6.0の範囲といった、8.5以下のMWD、および例えば100.0J/g以上といった、90.0J/g以上のΔHmを有するアイソタクチックPPであり、(iv)膜は微多孔性であり、かつ(v)膜は、例えば8.0マイクロメートルといった12.0マイクロメートル以下の厚さを有する。重量パーセントは膜の重量が基準である。所望により、膜は膜の重量を基準として1.0重量%以下のPE1を含有する。かかる膜は、例えば摂氏150.0度以上といった摂氏145.0度以上のメルトダウン温度、例えば0.14秒/マイクロメートル以下といった0.16秒/マイクロメートル以下の規格化電解質親和性、および2.90×102mN/マイクロメートル未満の規格化突刺強度を有する。所望により膜は単層膜である。所望により、PE1、PE2、およびPPを合わせた重量は、膜の重量の、例えば98.0重量%以上、例えば99.0重量%以上といった、95.0重量%以上である。 In another embodiment, the present invention provides 79.0% to 86.0% PE2, 9.0% to 16.0% PE3, and 4.0% to 6.0% by weight. Where: (i) PE2 has a Mw in the range of about 3.0 × 10 5 to about 8.0 × 10 5 , an MWD in the range of about 4 to about 15; It has a terminal unsaturation amount of 0.20 or more per 0 × 10 4 and a melting point of 132 ° C. or more, and (ii) PE3 ranges from about 1.0 × 10 6 to about 3.0 × 10 6 Having a MWD in the range of about 4.0 to about 15.0, and a melting point of 134 degrees Celsius or higher, (iii) PP is about 0.9 × 10 6 to about 2.0 × 10 6 Mw in the range, for example a MWD of 8.5 or less, such as in the range of 2.0 to 8.5, for example in the range of 2.5 to 6.0, and for example An isotactic PP having a ΔHm of 90.0 J / g or greater, such as 0 J / g or greater; (iv) the membrane is microporous; and (v) the membrane is, for example, 8.0 micrometers. It has a thickness of 0 micrometer or less. The weight percent is based on the weight of the membrane. Optionally, the membrane contains 1.0 wt% or less of PE1 based on the weight of the membrane. Such membranes have a melt down temperature of 145.0 degrees Celsius or higher, such as 150.0 degrees Celsius or higher, a normalized electrolyte affinity of 0.16 seconds / micrometer or lower, such as 0.14 seconds / micrometer or lower, and 2 It has a normalized puncture strength of less than 90 × 10 2 mN / micrometer. If desired, the film is a single layer film. Optionally, the combined weight of PE1, PE2, and PP is 95.0% by weight or more, such as 98.0% by weight or more, for example 99.0% by weight or more, of the weight of the membrane.
これに限定されるものではないが、本発明は、リチウムイオンポリマー電池、特に二次リチウムイオンポリマー電池におけるバッテリーセパレーターフィルムとしての、前述のいずれかの実施形態の膜の使用を包含している。いかなる理論またはモデルにも拘束されることを望まないが、膜中におけるPPとPE3の相対量はほぼ一定に保ちつつPE1の代わりにPE2を用いると、ポリマー電解質に対する膜の親和性は上昇するが膜の強度は低下することになると考えられている。 Without being limited thereto, the present invention encompasses the use of the membrane of any of the previous embodiments as a battery separator film in a lithium ion polymer battery, particularly a secondary lithium ion polymer battery. Although not wishing to be bound by any theory or model, using PE2 instead of PE1 while maintaining the relative amounts of PP and PE3 in the membrane nearly constant increases the affinity of the membrane for the polymer electrolyte. It is believed that the strength of the film will decrease.
以下、微多孔膜の製造方法についてさらに詳細に説明する。押出しによって製造される単層膜について本発明を説明するが、本発明はそれに限定されるものではなく、またこの説明は本発明のより広い範囲内にある他の実施形態を除外することを意図するものではない。
膜の製造方法
Hereinafter, the manufacturing method of a microporous film is demonstrated in detail. The present invention will be described with respect to a monolayer film produced by extrusion, but the present invention is not limited thereto and this description is intended to exclude other embodiments that are within the broader scope of the invention. Not what you want.
Membrane manufacturing method
1つまたは複数の実施形態においては、微多孔膜は、第1のポリマー(すなわちPE)および第2のポリマー(すなわちPP)を、(例えば乾式混合または溶融混合により)希釈剤、および無機充填剤等の任意である構成成分と混合して混合物を形成し、次いで混合物を押し出して押出物を形成することにより製造することができる。希釈剤の少なくとも一部を押出物から除去して微多孔膜を形成する。例えば、PE1および/またはPE2とPE3およびPPとのブレンドを流動パラフィン等の希釈剤と合わせて混合物を形成してもよく、その混合物を押し出しおよび加工して12.0マイクロメートル以下の厚さを有する単層膜を形成する。所望であれば、追加の層を押出物に施して、例えばシャットダウン機能の低い最終膜としてもよい。言い換えれば、単層押出物または単層微多孔膜を積層または共押出しして多層膜を形成してもよい。 In one or more embodiments, the microporous membrane comprises a first polymer (ie, PE) and a second polymer (ie, PP), a diluent (eg, by dry or melt mixing), and an inorganic filler. Etc., can be produced by mixing with components that are optional to form a mixture and then extruding the mixture to form an extrudate. At least a portion of the diluent is removed from the extrudate to form a microporous membrane. For example, a blend of PE1 and / or PE2, PE3, and PP may be combined with a diluent such as liquid paraffin to form a mixture, and the mixture is extruded and processed to a thickness of 12.0 micrometers or less. A single layer film is formed. If desired, an additional layer may be applied to the extrudate, for example, to provide a final membrane with a low shutdown function. In other words, a multilayer film may be formed by laminating or coextruding a single layer extrudate or a single layer microporous film.
1つまたは複数の実施形態においては、膜の製造プロセスは、希釈剤除去の前に押出物を少なくとも1つの方向に延伸する工程を含む。これらの、または他の実施形態においては、プロセスは、希釈剤除去の後に膜を少なくとも1つの方向に延伸する工程を含む。膜の製造プロセスは、例えば、残留したいずれかの揮発性種の少なくとも一部を希釈剤除去後のいずれかの時点において膜から除去する工程、希釈剤除去の前または後に膜を熱処理(熱セットまたはアニーリング等)にかける工程を、所望によりさらに含む。PCT公開WO2008/016174に記載されている、溶媒処理、熱セット、電離放射線による架橋、および親水性処理等の任意である工程を所望であれば行ってもよい。これらの任意である工程の数も順序も重要ではない。
ポリマー−希釈剤混合物の製造
In one or more embodiments, the membrane manufacturing process includes stretching the extrudate in at least one direction prior to diluent removal. In these or other embodiments, the process includes stretching the film in at least one direction after diluent removal. The film manufacturing process may include, for example, removing at least a portion of any remaining volatile species from the film at any time after removal of the diluent, heat treating the film before or after the removal of the diluent (heat setting). Or an annealing step or the like. If desired, optional steps such as solvent treatment, heat setting, crosslinking with ionizing radiation, and hydrophilic treatment described in PCT Publication WO2008 / 016174 may be performed. The number or order of these optional steps is not critical.
Production of polymer-diluent mixture
1つまたは複数の実施形態においては、第1および第2のポリマー(上記の通り、例えば、第1のポリマーとしてのPE1(および/またはPE2)およびPE3、ならびに第2のポリマーとしてのPP)を1種または複数の希釈剤とともに導入、混合し、ポリマー−希釈剤混合物を形成する。例えば、第1と第2のポリマーとを合わせてポリマーブレンドを形成してもよく、このブレンドを希釈剤(希釈剤の混合物、例えば溶媒混合物であってもよい)と合わせてポリマー−希釈剤混合物を製造する。混合は、例えば反応押出機等の押出機内にて行ってもよい。これらの押出機としては、限定するものではないが、二軸スクリュー押出機、リング押出機、および遊星型多軸スクリュー押出機が挙げられる。本発明の実施は使用する押出機のタイプに制限されるものではない。充填剤、酸化防止剤、安定剤、および/または耐熱性ポリマー等の任意である種がポリマー−希釈剤混合物に含まれてもよい。これらの任意である種の種類および量は、PCT公開第WO2007/132942号、同第WO2008/016174号、および同第WO2008/140835号に記載のものと同じであってもよく、それらの全ては全体が参照により本明細書に組み込まれる。 In one or more embodiments, the first and second polymers (as described above, eg, PE1 (and / or PE2) and PE3 as the first polymer, and PP as the second polymer) Introduced and mixed with one or more diluents to form a polymer-diluent mixture. For example, the first and second polymers may be combined to form a polymer blend, and this blend may be combined with a diluent (which may be a mixture of diluents, such as a solvent mixture) to form a polymer-diluent mixture. Manufacturing. Mixing may be performed in an extruder such as a reactive extruder. These extruders include, but are not limited to, twin screw extruders, ring extruders, and planetary multi-screw extruders. The practice of the present invention is not limited to the type of extruder used. Any optional species such as fillers, antioxidants, stabilizers, and / or heat resistant polymers may be included in the polymer-diluent mixture. The type and amount of these optional species may be the same as those described in PCT Publication Nos. WO 2007/132294, WO 2008/016174, and WO 2008/140835, all of which are The entirety of which is incorporated herein by reference.
希釈剤は、通常は、押出物の製造に用いるポリマーと相溶する。例えば希釈剤は、押出温度にて樹脂と合わさって単相を形成することが可能ないずれの種または種の組合せであってもよい。希釈剤の例としては、ノナン、デカン、デカリン等の脂肪族または環状炭化水素、およびパラフィン油、ならびにフタル酸ジブチルおよびフタル酸ジオクチル等のフタル酸エステルの1つまたは複数が挙げられる。例えば、摂氏40度で20〜200cStの動粘度を有するパラフィン油を用いてもよい。希釈剤は、ともにその全体が参照により組み込まれる、米国特許公開第2008/0057388号および同第2008/0057389号に記載のものと同じであってもよい。 The diluent is usually compatible with the polymer used to produce the extrudate. For example, the diluent may be any species or combination of species that can combine with the resin at the extrusion temperature to form a single phase. Examples of diluents include one or more of aliphatic or cyclic hydrocarbons such as nonane, decane, decalin, and paraffin oil, and phthalates such as dibutyl phthalate and dioctyl phthalate. For example, paraffin oil having a kinematic viscosity of 20 to 200 cSt at 40 degrees Celsius may be used. The diluent may be the same as described in US Patent Publication Nos. 2008/0057388 and 2008/0057389, both of which are incorporated by reference in their entirety.
ある実施形態においては、ポリマー−希釈剤混合物中のポリマーブレンドは、A1の量の第1のポリマー(例えばPE1およびPE3)およびA2の量の第2のポリマー(例えばPP)を含む。ある実施形態においては、A1は、例えば80.0重量%〜96.0重量%の範囲といった1.0重量%以上であり、A2は4.0重量%〜20.0重量%の範囲である(A1およびA2の重量パーセントは混合物中のポリマーの重量が基準である)。所望により、A1は、例えば94.75重量%〜95.25重量%の範囲といった84.5重量%〜95.5重量%の範囲である。所望により、A2は、混合物中のポリマーの全重量を基準として、例えば4.75〜5.25重量%の範囲といった4.5重量%〜15.5の範囲である。所望により、ポリマー−希釈剤混合物は、混合物の重量を基準として45.0重量%以下のポリマーを含み、例えば混合物中のポリマーの全重量を基準として30.0重量%〜40.0重量%の範囲である。混合物の残りの部分は希釈剤であってもよい。 In some embodiments, the polymer blend in the polymer-diluent mixture includes an amount of A 1 of the first polymer (eg, PE1 and PE3) and an amount of A 2 of the second polymer (eg, PP). In some embodiments, A 1 is greater than or equal to 1.0 wt%, for example in the range of 80.0 wt% to 96.0 wt%, and A 2 is in the range of 4.0 wt% to 20.0 wt%. is (weight percentage of a 1 and a 2 are the weight of the polymer in the mixture is the reference). Optionally, A 1 is in the range of 84.5 wt% ~95.5 wt%, such a range of, for example, 94.75 wt% ~95.25 wt%. Optionally, A 2, based on the total weight of the polymer in the mixture is in the range of 4.5 wt% ~15.5 such a range of, for example, 4.75 to 5.25 wt%. Optionally, the polymer-diluent mixture includes up to 45.0% by weight of polymer, based on the weight of the mixture, for example, 30.0% to 40.0% by weight, based on the total weight of polymer in the mixture. It is a range. The remaining part of the mixture may be a diluent.
1つまたは複数の実施形態においては、ポリマー−希釈剤混合物中のA1の量のPEは、B1の量のPE1および/またはPE2とB2の量のPE3とを含んでもよい。ある実施形態においては、B1は60.0重量%〜96.0重量%の範囲であり、B2は0.0重量%〜20.0重量%の範囲である(B1およびB2の重量パーセントは混合物中のポリマーの重量が基準である)。所望により、B1は、混合物中の全ポリマーを基準として例えば80.0重量%〜85.0重量%の範囲といった、69.5重量%〜90.5重量%の範囲である。所望により、B2は、混合物中の全ポリマーを基準として例えば9.75重量%〜15.25重量%の範囲といった、5.0重量%〜15.0の範囲である。 In one or more embodiments, the polymer - PE in the amount of A 1 in the diluent mixture may include a PE3 amount of PE1 and / or PE2 and B 2 in an amount of B 1. In some embodiments, B 1 is in the range of 60.0 wt% to 96.0 wt%, and B 2 is in the range of 0.0 wt% to 20.0 wt% (of B 1 and B 2 The weight percent is based on the weight of the polymer in the mixture). Optionally, B 1 is in the range of 69.5 wt% to 90.5 wt%, such as in the range of 80.0 wt% to 85.0 wt%, based on the total polymer in the mixture. If desired, B 2 is such total polymer the range of, for example 9.75 wt% ~15.25 wt% based on the mixture, ranges from 5.0 wt% to 15.0.
ある実施形態においては、押出しの際のポリマー−希釈剤混合物は、例えば摂氏210度〜摂氏230度といった摂氏140度〜摂氏250度の範囲の温度にさらされる。
押出物の製造
In some embodiments, the polymer-diluent mixture during extrusion is exposed to a temperature in the range of 140 degrees Celsius to 250 degrees Celsius, such as 210 degrees Celsius to 230 degrees Celsius.
Extrudate manufacturing
ある実施形態においては、ポリマー−希釈剤混合物をダイを通して押出機から導き押出物を製造する。押出物は、加工工程後に望ましい厚さ(通常12.0マイクロメートル以下)を有する最終膜を製造するのに適切な厚さを有しているべきである。例えば押出物は、約1.0マイクロメートル〜約10.0マイクロメートル、または約3.0マイクロメートル〜約8.0マイクロメートルの範囲の厚さを有してもよい。1つまたは複数の実施形態においては、最終膜は、例えば10.0マイクロメートル以下といった、12.0マイクロメートル以下の最終膜厚(加工後)を有する。 In some embodiments, the polymer-diluent mixture is directed from an extruder through a die to produce an extrudate. The extrudate should have an appropriate thickness to produce a final membrane having the desired thickness (usually 12.0 micrometers or less) after the processing step. For example, the extrudate may have a thickness in the range of about 1.0 micrometer to about 10.0 micrometers, or about 3.0 micrometers to about 8.0 micrometers. In one or more embodiments, the final film has a final film thickness (after processing) of 12.0 micrometers or less, such as 10.0 micrometers or less.
押出しは、通常は、溶融状態のポリマー−希釈剤混合物を用いて行う。シート形成ダイを使用する場合、ダイリップを、通常は、例えば摂氏180度〜摂氏240度の範囲の高温に加熱する。押出しを実行するための好適な処理条件は、PCT公開WO2007/132942および同WO2008/016174に開示されている。 Extrusion is usually performed using a molten polymer-diluent mixture. When using a sheet forming die, the die lip is typically heated to an elevated temperature, for example in the range of 180 degrees Celsius to 240 degrees Celsius. Suitable processing conditions for carrying out the extrusion are disclosed in PCT Publications WO2007 / 132294 and WO2008 / 016174.
所望であれば、押出物を約摂氏10度〜約摂氏45度の範囲の温度にさらして冷却押出物を形成することができる。冷却速度は特に重要ではない。例えば押出物は、押出物の温度(冷却した温度)が押出物のゲル化温度とほぼ同じ(またはそれ以下)になるまで、最低でも約摂氏30度/分の冷却速度で冷却してもよい。冷却の処理条件は、例えばPCT公開第WO2007/132942号、同第WO2008/016174号、および同第WO2008/140835号に開示されているものと同じであってもよい。
押出物の延伸(上流延伸)
If desired, the extrudate can be exposed to temperatures ranging from about 10 degrees Celsius to about 45 degrees Celsius to form a cooled extrudate. The cooling rate is not particularly important. For example, the extrudate may be cooled at a cooling rate of at least about 30 degrees Celsius / minute until the temperature of the extrudate (cooled temperature) is approximately the same as (or below) the gel temperature of the extrudate. . The cooling treatment conditions may be the same as those disclosed in, for example, PCT Publication No. WO2007 / 132294, WO2008 / 016174, and WO2008 / 140835.
Stretching of extrudate (upstream stretching)
押出物または冷却押出物は、少なくとも一つの方向、例えばMDまたはTD等の平面方向に延伸してもよい(「上流延伸」または「湿式延伸」と呼ぶ)。このような延伸により、押出物中のポリマーが少なくともいくつかの方向に延伸することになると考えられる。この延伸は「上流」延伸と呼ばれる。押出物は、例えばPCT公開第WO2008/016174号に記載されている、例えばテンター法、ロール法、インフレーション法、またはそれらの組合せにより延伸することができる。延伸は一軸に、または二軸に行ってもよく、ある特定の実施形態においては押出物を二軸に延伸する。二軸延伸の場合、同時二軸延伸、逐次延伸、または多段階延伸(例えば同時二軸延伸と逐次延伸の組合せ)のいずれを用いてもよく、ある特定の実施形態においては押出物を同時に二軸に延伸する。二軸延伸を用いる場合、倍率の大きさは各延伸方向で同じである必要はない。 The extrudate or chilled extrudate may be stretched in at least one direction, for example a planar direction such as MD or TD (referred to as “upstream stretching” or “wet stretching”). Such stretching is believed to cause the polymer in the extrudate to stretch in at least some directions. This stretching is called “upstream” stretching. The extrudate can be stretched, for example, by the tenter method, roll method, inflation method, or combinations thereof as described in PCT Publication No. WO 2008/016174, for example. Stretching may be uniaxial or biaxial, and in certain embodiments the extrudate is stretched biaxially. In the case of biaxial stretching, either simultaneous biaxial stretching, sequential stretching, or multistage stretching (eg, a combination of simultaneous biaxial stretching and sequential stretching) may be used, and in certain embodiments, the extrudate is Stretch to the axis. When using biaxial stretching, the magnitude of the magnification need not be the same in each stretching direction.
延伸倍率は一軸延伸の場合例えば2倍以上、例えば3〜30倍であってもよい。二軸延伸の場合延伸倍率は例えばいずれの方向にも3倍以上であってもよく、すなわち面積倍率が例えば16倍以上、例えば25倍以上といった、9倍以上であってもよい。この延伸工程の例としては面積倍率が約9倍〜約49倍の延伸が挙げられる。各方向への延伸の量はやはり同じである必要はない。倍率はフィルムの大きさに乗法的に影響する。例えば、TDに4倍の倍率に延伸される最初の幅(TD)が2.0cmであるフィルムは、最終幅が8.0cmとなる。 In the case of uniaxial stretching, the stretching ratio may be 2 times or more, for example, 3 to 30 times. In the case of biaxial stretching, the stretching ratio may be 3 times or more in any direction, that is, the area ratio may be 9 times or more, for example, 16 times or more, for example, 25 times or more. Examples of this stretching step include stretching at an area magnification of about 9 times to about 49 times. Again, the amount of stretching in each direction need not be the same. The magnification has a multiplicative effect on the size of the film. For example, a film having an initial width (TD) of 2.0 cm that is stretched by 4 times the TD has a final width of 8.0 cm.
延伸は、押出物をおよそTcd温度からTmの範囲の温度(上流延伸温度)にさらしながら行ってもよいが、TcdおよびTmは、結晶分散温度、および押出物の製造に用いるポリエチレンの中で最も融点の低いPE(通常はPE1またはPE3等のPE)の融点と定義する。結晶分散温度は、ASTM D 4065に従って動的粘弾性の温度特性を測定することにより決定する。Tcdが約摂氏90度〜約摂氏100度の範囲である実施形態においては、延伸温度は、例えば摂氏108.0度〜摂氏116.0度、例えば摂氏110.0度〜摂氏114.0度といった、摂氏90.0度〜摂氏122.0度であってもよい。 Stretching may be performed while subjecting the extrudate to temperatures in the range of approximately Tcd temperature to Tm (upstream stretching temperature), although Tcd and Tm are the crystal dispersion temperatures and most of the polyethylene used to produce the extrudate. It is defined as the melting point of PE having a low melting point (usually PE such as PE1 or PE3). The crystal dispersion temperature is determined by measuring the temperature characteristics of dynamic viscoelasticity according to ASTM D 4065. In embodiments where the Tcd ranges from about 90 degrees Celsius to about 100 degrees Celsius, the stretching temperature is, for example, 108.0 degrees Celsius to 116.0 degrees Celsius, such as 110.0 degrees Celsius to 114.0 degrees Celsius. 90.0 degrees Celsius to 122.0 degrees Celsius.
試料(例えば押出物、乾燥押出物、膜等)を高温にさらす場合、こうした暴露は、空気を熱し、次いでこの加熱空気を試料の近くに運ぶことにより行うことができる。加熱空気の温度は、通常は所望の温度と等しい設定値に制御され、次いでプレナム等を通して試料に向けて導かれる。試料を加熱面にさらす方法、オーブンでの赤外線加熱等の従来の方法を含む、試料を高温にさらすその他の方法を、加熱空気とともに、または加熱空気の代わりに用いてもよい。
希釈剤の除去
When a sample (eg, extrudate, dry extrudate, membrane, etc.) is exposed to high temperatures, such exposure can be done by heating the air and then carrying the heated air close to the sample. The temperature of the heated air is usually controlled to a set value equal to the desired temperature, and then directed toward the sample through a plenum or the like. Other methods of exposing the sample to high temperatures may be used with or in place of heated air, including conventional methods such as exposing the sample to a heated surface, infrared heating in an oven, and the like.
Diluent removal
ある実施形態においては、希釈剤の少なくとも一部を延伸押出物から除去(または置換)して乾燥膜を形成する。例えばPCT開第WO2008/016174号に記載のように、置換(または「洗浄」)溶媒を用いて希釈剤を除去(洗浄、または置換)してもよい。 In some embodiments, at least a portion of the diluent is removed (or replaced) from the stretched extrudate to form a dry film. For example, as described in PCT Open Publication No. WO 2008/016174, a diluent (or “wash”) solvent may be used to remove (wash or replace) the diluent.
ある実施形態においては、残留したいずれかの揮発性種(例えば洗浄溶媒)の少なくとも一部を、希釈剤除去後に乾燥膜から除去する。加熱乾燥、風乾(空気を動かすこと)等の従来の方法を含む、洗浄溶媒を除去することが可能ないずれの方法を用いてもよい。洗浄溶媒等の揮発性種を除去するための処理条件は、例えばPCT公開第WO2008/016174号に開示されているものと同じであってもよい。
任意である膜の延伸(下流延伸)
In some embodiments, at least a portion of any remaining volatile species (eg, cleaning solvent) is removed from the dry film after diluent removal. Any method capable of removing the cleaning solvent may be used, including conventional methods such as heat drying and air drying (moving air). The processing conditions for removing volatile species such as cleaning solvents may be the same as those disclosed, for example, in PCT Publication No. WO2008 / 016174.
Optional film stretching (downstream stretching)
乾燥膜は、少なくとも1つの方向、例えばMDおよび/またはTDに延伸してもよい(希釈剤の少なくとも一部が除去または移動されるため、「下流延伸」または「乾燥延伸」と呼ぶ)。このような延伸により、膜中のポリマーが少なくともいくつかの方向に延伸することになると考えられる。この延伸は下流延伸と呼ばれる。下流延伸の前には、乾燥膜はMDの最初の大きさ(第1の乾燥長さ)およびTDの最初の大きさ(第1の乾燥幅)を有する。本明細書で用いる用語「第1の乾燥幅」は、乾燥延伸開始前における乾燥膜のTDへの大きさを指す。用語「第1の乾燥長さ」は、乾燥延伸開始前における乾燥膜のMDへの大きさを指す。例えば、WO2008/016174に記載の種類のテンター延伸装置を用いることができる。 The dry membrane may be stretched in at least one direction, eg MD and / or TD (referred to as “downstream stretching” or “dry stretching” because at least a portion of the diluent is removed or moved). Such stretching is thought to cause the polymer in the film to stretch in at least some directions. This stretching is called downstream stretching. Prior to downstream stretching, the dry membrane has an initial size of MD (first dry length) and an initial size of TD (first dry width). As used herein, the term “first drying width” refers to the size of a dry film to TD before the start of dry stretching. The term “first dry length” refers to the size of the dry film to MD before the start of dry stretching. For example, a tenter stretching apparatus of the type described in WO2008 / 016174 can be used.
乾燥膜は、第1の乾燥長さから、例えば約1.1〜1.5の範囲といった約1.0〜約1.6の範囲の倍率(「MD乾燥延伸倍率」)で第1の乾燥長さより長い第2の乾燥長さへ、MDに延伸してもよい。TD乾燥延伸を用いる場合、乾燥膜は、第1の乾燥幅から、ある倍率(「TD乾燥延伸倍率」)で第1の乾燥幅より広い第2の乾燥幅へ、TDに延伸してもよい。所望により、TD乾燥延伸倍率はMD乾燥延伸倍率以上である。TD乾燥延伸倍率は、例えば約1.1〜1.5といった約1.1〜約1.6の範囲であってもよい。乾燥延伸は、MDおよびTDに逐次的または同時的であってもよい。二軸乾燥延伸を用いる場合、乾燥延伸はMDおよびTDに同時的、または逐次的であってもよい。乾燥延伸が逐次的の場合、通常はMD延伸を最初に行い続いてTD延伸を行う。 The dried film is first dried at a magnification (“MD dry draw ratio”) in the range of about 1.0 to about 1.6, such as in the range of about 1.1 to 1.5, from the first dry length. You may extend to MD to the 2nd dry length longer than length. In the case of using TD dry stretching, the dry film may be stretched in TD from the first dry width to a second dry width wider than the first dry width at a certain ratio (“TD dry stretch ratio”). . If desired, the TD dry stretch ratio is greater than or equal to the MD dry stretch ratio. The TD dry draw ratio may be in the range of about 1.1 to about 1.6, for example about 1.1 to 1.5. Dry stretching may be sequential or simultaneous with MD and TD. If biaxial dry stretching is used, the dry stretching may be simultaneous with MD and TD or sequential. When dry stretching is sequential, MD stretching is usually performed first, followed by TD stretching.
ある特定の実施形態においては、特に本発明に従って製造されるある特定の膜の厚さを考慮すると、本発明の実施形態を実施する際には乾燥延伸は避けるかまたは最小限に行う。例えば、望ましい厚さを有する膜フィルムが製造される加工工程にはいかなる乾燥延伸の工程も含まれない。他の実施形態においては、加工工程には1.1以下の倍率への乾燥延伸が含まれ、他の実施形態では1.08以下、他の実施形態では1.05以下、また他の実施形態では1.03以下である。 In certain embodiments, especially when considering the thickness of certain films produced according to the present invention, dry stretching is avoided or minimized when practicing embodiments of the present invention. For example, the process of producing a membrane film having a desired thickness does not include any dry stretching process. In other embodiments, the processing step includes dry stretching to a magnification of 1.1 or less, in other embodiments 1.08 or less, in other embodiments 1.05 or less, and other embodiments. Then, it is 1.03 or less.
乾燥延伸は、乾燥膜を例えばおよそTcd−摂氏20度〜Tmの範囲といったTm以下の温度(下流延伸温度)にさらしながら行ってもよい。ある実施形態においては、延伸温度は例えば約摂氏110.0度〜約摂氏132.0度、例えば約摂氏120.0度〜約摂氏130.0度といった、約摂氏70.0度〜約摂氏135.0度の範囲の温度にさらした膜で行う。 The dry stretching may be performed while subjecting the dry film to a temperature below Tm (downstream stretching temperature), for example, in the range of about Tcd—20 degrees Celsius to Tm. In some embodiments, the stretching temperature is about 70.0 degrees Celsius to about 135 degrees Celsius, such as about 110.0 degrees Celsius to about 132.0 degrees Celsius, such as about 120.0 degrees Celsius to about 130.0 degrees Celsius. Performed on membranes exposed to temperatures in the range of 0 degrees.
ある実施形態においては、MD乾燥延伸倍率は約1.0であり、TD乾燥延伸倍率は例えば約1.05〜約1.5、例えば約1.1〜1.5の範囲といった1.6以下であり、乾燥延伸は膜を約摂氏120.0度〜約摂氏130.0度の範囲の温度にさらしながら行われる。 In some embodiments, the MD dry draw ratio is about 1.0 and the TD dry draw ratio is 1.6 or less, such as in the range of about 1.05 to about 1.5, such as about 1.1 to 1.5. And the dry stretching is performed while subjecting the membrane to a temperature in the range of about 120.0 degrees Celsius to about 130.0 degrees Celsius.
乾燥延伸速度は重要ではない。ある実施形態においては、乾燥延伸速度は延伸方向(MDまたはTD)に1%/秒以上であり、また速度はMDおよびTD延伸について独立して選択することができる。所望により、延伸速度は、例えば3%/秒以上、例えば10%/秒以上といった、2%/秒以上である。一実施形態においては、延伸速度は2%/秒〜25%/秒の範囲である。特に重要ではないが、延伸速度の上限は膜の破裂を防止するために50%/秒であってもよい。
制御された膜幅の縮小
The dry stretching speed is not critical. In some embodiments, the dry stretching speed is 1% / second or more in the stretching direction (MD or TD), and the speed can be independently selected for MD and TD stretching. Optionally, the stretching speed is 2% / second or more, such as 3% / second or more, for example 10% / second or more. In one embodiment, the stretch rate ranges from 2% / second to 25% / second. Although not particularly important, the upper limit of the stretching speed may be 50% / second in order to prevent rupture of the film.
Controlled film width reduction
乾燥延伸に続き、所望により乾燥膜に、第2の乾燥幅から、第1の乾燥幅の0.9倍から第1の乾燥幅の約1.5倍の範囲である第3の乾燥幅への制御された幅の縮小を施してもよい。所望により、第2の乾燥幅は第1の乾燥幅の1.25〜1.35の範囲であり、第3の乾燥幅は第1の乾燥幅の0.95〜1.05の範囲である。通常は幅の縮小は、例えば、例えば約摂氏110.0度〜約摂氏132.0度、例えば約摂氏120.0度〜約摂氏130.0度といった、約摂氏70.0度〜約摂氏135.0度の範囲の温度にさらした膜で、膜をTcd−摂氏30度以上であるがTm以下である温度にさらしながら行う。 Following dry stretching, optionally into a dry film, from the second dry width to a third dry width that is in the range of 0.9 times the first dry width to about 1.5 times the first dry width. A controlled width reduction may be applied. If desired, the second drying width is in the range of 1.25 to 1.35 of the first drying width, and the third drying width is in the range of 0.95 to 1.05 of the first drying width. . Typically, the width reduction is about 70.0 degrees Celsius to about 135 degrees Celsius, for example, about 110.0 degrees Celsius to about 132.0 degrees Celsius, for example, about 120.0 degrees Celsius to about 130.0 degrees Celsius. The film is exposed to a temperature in the range of 0 ° C. while the film is exposed to a temperature that is Tcd−30 ° C. or more but Tm or less.
制御された幅の縮小の際の温度は下流延伸温度と同じであってもよいがこれは必須ではなく、一実施形態においては、制御された幅の縮小の際に膜がさらされる温度は、下流延伸温度の1.01倍以上、例えば1.05倍〜1.1倍の範囲である。ある形態においては、膜の幅の減少は、膜を摂氏130.0度以下の温度にさらしながら行い、第3の乾燥幅は第1の乾燥幅の0.95〜1.05の範囲である。
熱セット
The temperature during controlled width reduction may be the same as the downstream stretching temperature, but this is not essential, and in one embodiment, the temperature to which the film is exposed during controlled width reduction is: It is 1.01 times or more of the downstream stretching temperature, for example, a range of 1.05 times to 1.1 times. In some embodiments, the reduction in the width of the membrane is performed while subjecting the membrane to a temperature of 130.0 degrees Celsius or less, and the third drying width is in the range of 0.95 to 1.05 of the first drying width. .
Heat set
所望により、例えば乾燥延伸の後、制御された幅の縮小の後、またはその両方の後に、希釈剤の除去に続いて少なくとも1度膜を熱処理(熱セット)する。熱セットにより結晶が安定化して膜中に均一な薄層が形成されると考えられる。ある形態においては、熱セットは、例えば約摂氏70.0度〜約摂氏135.0度の範囲、例えば約摂氏110.0度〜約摂氏132.0度、例えば約摂氏120.0度〜約摂氏130.0度といった、TcdからTmの範囲の温度に膜をさらしながら行われる。 Optionally, the film is heat treated (heat set) at least once following removal of the diluent, for example after dry stretching, after controlled width reduction, or both. It is considered that the crystal is stabilized by heat setting and a uniform thin layer is formed in the film. In one form, the heat set ranges from, for example, about 70.0 degrees Celsius to about 135.0 degrees Celsius, such as from about 110.0 degrees Celsius to about 132.0 degrees Celsius, such as from about 120.0 degrees Celsius to about 13 degrees Celsius. The film is exposed to a temperature in the range of Tcd to Tm, such as 130.0 degrees Celsius.
熱セット温度は下流延伸温度と同じであってもよいが、これは必須ではない。一実施形態においては、熱セットの際に膜がさらされる温度は、下流延伸温度の1.01倍以上、例えば1.05倍〜1.1倍の範囲である。通常は、熱セットは、例えば1000秒以下、例えば1〜600秒の範囲の時間といった、膜中に薄層を形成するのに十分な時間行う。ある実施形態においては、熱セットは一般的な熱セット「熱固定」条件下で実施する。用語「熱固定」は、例えば熱セット中に膜の外周をテンタークリップで保持すること等によって膜の長さおよび幅を実質的に一定に維持しながら行う熱セットを指す。 The heat set temperature may be the same as the downstream stretching temperature, but this is not essential. In one embodiment, the temperature to which the film is exposed during heat setting ranges from 1.01 times the downstream stretching temperature, such as from 1.05 times to 1.1 times. Usually, the heat setting is performed for a time sufficient to form a thin layer in the film, such as a time in the range of 1000 seconds or less, for example 1 to 600 seconds. In some embodiments, the heat set is performed under typical heat set “heat set” conditions. The term “heat setting” refers to heat setting performed while maintaining the membrane length and width substantially constant, for example, by holding the outer periphery of the membrane with a tenter clip during heat setting.
所望により、熱セット工程の後にアニーリング処理を行ってもよい。アニーリングは、膜には荷重をかけない加熱処理であり、例えばベルトコンベアを備えた加熱室またはエアフローティング型(air-floating-type)加熱室等を用いて行ってもよい。アニーリングは、熱セットの後にテンターを緩めた状態で連続的に行ってもよい。アニーリング中、膜を、例えば約摂氏60度〜およそTm−摂氏5度の範囲といった、Tmまたはそれ以下の範囲の温度にさらしてもよい。アニーリングによって微多孔膜の透気度および強度が向上すると考えられる。 If desired, an annealing treatment may be performed after the heat setting step. Annealing is a heat treatment that does not apply a load to the film, and may be performed using, for example, a heating chamber equipped with a belt conveyor or an air-floating-type heating chamber. Annealing may be performed continuously with the tenter loosened after heat setting. During annealing, the membrane may be exposed to a temperature in the range of Tm or lower, such as in the range of about 60 degrees Celsius to about Tm—about 5 degrees Celsius. It is considered that the air permeability and strength of the microporous membrane are improved by annealing.
任意である、熱ローラー処理、熱溶媒処理、架橋処理、親水性処理、およびコーティング処理を、例えばPCT公開第WO2008/016174号に記載されているように、所望であれば行ってもよい。
膜特性
Optional hot roller treatment, hot solvent treatment, crosslinking treatment, hydrophilic treatment, and coating treatment may be performed if desired, as described, for example, in PCT Publication No. WO 2008/016174.
Membrane properties
1つまたは複数の実施形態においては、膜は、常圧で液体(水性および非水性)を透過させる微多孔膜である。したがって膜は、バッテリーセパレーター、濾過膜等として使用することができる。膜は、ニッケル水素電池、ニッケルカドミウム電池、ニッケル亜鉛電池、銀亜鉛電池、リチウムイオン電池、リチウムイオンポリマー電池等の二次電池用のBSFとして特に有用である。ある実施形態においては、本発明は、膜を含むBSFを含有するリチウムイオン二次電池に関する。かかる電池は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる、PCT特許公開WO2008/016174号に記載されている。 In one or more embodiments, the membrane is a microporous membrane that is permeable to liquids (aqueous and non-aqueous) at normal pressure. Therefore, the membrane can be used as a battery separator, a filtration membrane or the like. The membrane is particularly useful as a BSF for secondary batteries such as nickel metal hydride batteries, nickel cadmium batteries, nickel zinc batteries, silver zinc batteries, lithium ion batteries, lithium ion polymer batteries and the like. In one embodiment, the present invention relates to a lithium ion secondary battery containing BSF including a membrane. Such a battery is described in PCT Patent Publication No. WO 2008/016174, which is incorporated herein by reference in its entirety.
1つまたは複数の実施形態においては、微多孔膜はリチウムイオンポリマー電池等のポリマー電池用のBSFとして有用な単層である。本明細書で用いる「ポリマー電解質」という用語は通常の意味で用いられており、ポリマー電池内の電解質を指す。当業者であれば理解するように、ポリマー電池はリチウムイオン等の、ポリマー媒体に分散、懸濁、または溶解する電解質を含んでいる。したがって電解質親和性または透気度とは、ポリマー媒体および/またはリチウムイオン等の電解質の、膜を透過する能力を指す。 In one or more embodiments, the microporous membrane is a single layer useful as a BSF for a polymer battery, such as a lithium ion polymer battery. As used herein, the term “polymer electrolyte” is used in its ordinary sense and refers to an electrolyte within a polymer battery. As will be appreciated by those skilled in the art, a polymer battery includes an electrolyte, such as lithium ion, that is dispersed, suspended, or dissolved in a polymer medium. Thus, electrolyte affinity or air permeability refers to the ability of polymer media and / or electrolytes such as lithium ions to permeate the membrane.
膜は以下の特性の1つまたは複数を有してもよい。
厚さ
The membrane may have one or more of the following properties.
thickness
ある実施形態においては、最終膜の厚さは、例えば10.0マイクロメートル以下、例えば約1.0マイクロメートル〜約10.0マイクロメートルの範囲といった、12.0マイクロメートル以下である。例えば、単層膜は約4.5マイクロメートル〜約9.5マイクロメートルの範囲の厚さを有してもよい。膜の厚さは、例えば、縦方向に1cm間隔で10cmの幅にわたって接触式厚さ計により測定することができ、次いで平均値を出して膜厚さを得ることができる。〒416−0946静岡県富士市五貫島746−3、明産株式会社製モデルRC−1ロータリーキャリパー、または株式会社ミツトヨ製「ライトマチック」等の厚さ計が好適である。例えば光学的厚さ測定法等の非接触式厚さ測定方法もまた好適である。
空孔率
In some embodiments, the final film thickness is 12.0 micrometers or less, such as 10.0 micrometers or less, such as in the range of about 1.0 micrometers to about 10.0 micrometers. For example, the monolayer film may have a thickness in the range of about 4.5 micrometers to about 9.5 micrometers. The thickness of the film can be measured, for example, with a contact thickness meter over a width of 10 cm at intervals of 1 cm in the vertical direction, and then the average value can be obtained to obtain the film thickness. Thickness gauges such as 746-3 Gokanjima, Fuji City, Shizuoka Prefecture 416-0946, Model RC-1 rotary caliper manufactured by Meisho Co., Ltd., or “Lightmatic” manufactured by Mitutoyo Corporation are suitable. Non-contact thickness measurement methods such as optical thickness measurement methods are also suitable.
Porosity
膜の空孔率は、膜の実重量と、100%ポリマーの同等の非多孔性膜(同じポリマー組成、長さ、幅、および厚さを有するという意味において同等)の重量とを比較することにより従来法で測定する。次に、以下の式を用いて空孔率を求める:空孔率(パーセントで表す)=99%×(w1/w2)。式中、「w1」は膜の実重量であり、「w2」は同じ大きさおよび厚さを有する(同じポリマーの)同等の非多孔性膜の重量である。ある実施形態においては、膜の空孔率は例えば31.0%以上、例えば35.0%以上といった、20.0%以上である。例えば、膜の空孔率は例えば36.0%〜40.0%といった20.0%〜80.0%の範囲であってもよい。
規格化透気度
The porosity of the membrane is to compare the actual weight of the membrane with the weight of an equivalent non-porous membrane of 100% polymer (equal in the sense of having the same polymer composition, length, width, and thickness) According to the conventional method. Next, the porosity is determined using the following formula: Porosity (expressed in percent) = 99% × (w1 / w2). Where “w1” is the actual weight of the membrane and “w2” is the weight of an equivalent non-porous membrane (of the same polymer) having the same size and thickness. In some embodiments, the porosity of the membrane is 20.0% or higher, such as 31.0% or higher, such as 35.0% or higher. For example, the porosity of the membrane may be in the range of 20.0% to 80.0%, such as 36.0% to 40.0%.
Standardized air permeability
ある実施形態においては、膜は、例えば約10.0秒/100cm3/マイクロメートル〜約45.0秒/100cm3/マイクロメートル、例えば約15.0秒/100cm3/マイクロメートル〜約40.0秒/100cm3/マイクロメートルの範囲といった、50.0秒/100cm3/マイクロメートル以下の規格化透気度を有する。透気度値は、1.0マイクロメートルのフィルム厚さを有する同等の膜の値に規格化するため、膜の透気度値は、「秒/100cm3/マイクロメートル」の単位で表す。規格化透気度は、JIS P8117に従って測定し、その結果を、A=1.0マイクロメートル×(X)/T1の式を用いて、1.0マイクロメートルの厚さを有する同等の膜の透気度値に規格化する。式中、Xは実厚さT1を有する膜の透気度の実測値であり、Aは1.0マイクロメートルの厚さを有する同等の膜の規格化透気度である。
規格化突刺強度
In certain embodiments, the membrane is, for example, from about 10.0 seconds / 100 cm 3 / micrometer to about 45.0 seconds / 100 cm 3 / micrometer, such as from about 15.0 seconds / 100 cm 3 / micrometer to about 40. It has a normalized air permeability of 50.0 seconds / 100 cm 3 / micrometer or less, such as a range of 0 seconds / 100 cm 3 / micrometer. Since the air permeability value is normalized to the value of an equivalent film having a film thickness of 1.0 micrometers, the air permeability value of the film is expressed in units of “seconds / 100 cm 3 / micrometer”. The normalized air permeability is measured in accordance with JIS P8117, and the result is obtained from an equivalent film having a thickness of 1.0 micrometer, using the formula A = 1.0 micrometer × (X) / T 1. Normalize to the air permeability value. Where X is the measured value of the air permeability of the membrane having the actual thickness T 1 and A is the normalized air permeability of an equivalent membrane having a thickness of 1.0 micrometers.
Standardized puncture strength
膜の突刺強度は、1.0マイクロメートルの厚さおよび30%の空孔率を有する同等の膜の突刺強度として表され、[mN/マイクロメートル]の単位を有する。突刺強度は、厚さT1を有する膜を末端が球面(曲率半径R:0.5mm)である直径1mmの針で2mm/秒の速度で突き刺した時に周囲温度で測定した最大荷重、と定義される。この突刺強度(「S」)を、S2=[30%*1.0マイクロメートル*(S1)]/[T1*(100%−P)](式中、S1は突刺強度の実測値であり、S2は規格化突刺強度であり、Pは膜の空孔率の実測値であり、T1は膜の平均厚さである)の式を用いて、1.0マイクロメートルの厚さおよび30%の空孔率を有する同等の膜の突刺強度値に規格化する。ある実施形態においては、膜の規格化突刺強度は、例えば2.90×102mN/マイクロメートル以上といった、2.50×102mN/マイクロメートル以上である。所望により、膜の規格化突刺強度は、例えば3.05×102mN/マイクロメートル〜4.5×102mN/マイクロメートルの範囲といった、3.0×102mN/マイクロメートル以上である。
シャットダウン温度
The puncture strength of the membrane is expressed as the puncture strength of an equivalent membrane having a thickness of 1.0 micrometers and a porosity of 30% and has a unit of [mN / micrometer]. Puncture strength, the thickness T 1 ends spherical membrane having a (radius of curvature R: 0.5 mm) maximum load was measured at ambient temperature when piercing at a speed of 2 mm / sec in diameter 1mm needle is, as defined Is done. This puncture strength (“S”) is expressed as S 2 = [30% * 1.0 micrometers * (S 1 )] / [T 1 * (100% −P)] (where S 1 is the puncture strength. Measured values, S 2 is the normalized puncture strength, P is the measured value of the membrane porosity, and T 1 is the average thickness of the membrane). And a puncture strength value of an equivalent film having a thickness of 30% and a porosity of 30%. In some embodiments, the normalized puncture strength of the membrane is 2.50 × 10 2 mN / micrometer or greater, eg, 2.90 × 10 2 mN / micrometer or greater. If desired, the normalized puncture strength of the membrane is greater than or equal to 3.0 × 10 2 mN / micrometer, for example in the range of 3.05 × 10 2 mN / micrometer to 4.5 × 10 2 mN / micrometer. .
Shutdown temperature
微多孔膜のシャットダウン温度は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる、PCT公開第WO2007/052663号に開示されている方法によって測定する。この方法に従い、摂氏25度で開始して上昇していく温度(摂氏5度/分)に微多孔膜をさらし、その間に膜の透気度を測定する。微多孔膜のシャットダウン温度は、微多孔膜の透気度(ガーレー値)が最初に1.0×105秒/100cm3を超える時の温度と定義される。微多孔膜の透気度は、透気度計(旭精工株式会社製、EGO−1T)を用いてJIS P 8117に従って測定する。ある実施形態においては、シャットダウン温度は、例えば摂氏132.5度〜摂氏134.5度の範囲といった、摂氏136度以下である。
メルトダウン温度
The shutdown temperature of the microporous membrane is measured by the method disclosed in PCT Publication No. WO2007 / 052663, which is incorporated herein by reference in its entirety. According to this method, the microporous membrane is exposed to a temperature starting at 25 degrees Celsius and rising (5 degrees Celsius / minute), during which the air permeability of the membrane is measured. The shutdown temperature of the microporous membrane is defined as the temperature at which the air permeability (Gurley value) of the microporous membrane first exceeds 1.0 × 10 5 seconds / 100 cm 3 . The air permeability of the microporous membrane is measured according to JIS P 8117 using an air permeability meter (Asahi Seiko Co., Ltd., EGO-1T). In some embodiments, the shutdown temperature is 136 degrees Celsius or less, such as in the range of 132.5 degrees Celsius to 134.5 degrees Celsius.
Meltdown temperature
微多孔膜のシャットダウン温度は、シャットダウン温度の測定と同様の手順を用いて測定する。この方法に従い、摂氏25度で開始して膜のシャットダウン温度を超える温度に上昇していく温度(摂氏5度/分)に微多孔膜をさらし、その間に膜の透気度を測定する。膜加熱を続け、微多孔膜の透気度(ガーレー値)が最初に1.0×105秒/100cm3の値に低下した時の温度を微多孔膜のメルトダウン温度と定義する。微多孔膜の透気度は、透気度計(旭精工株式会社製、EGO−1T)を用いてJIS P 8117に従って測定する。ある実施形態においては、本発明の膜のメルトダウン温度は、例えば摂氏150.0度以上、例えば摂氏160.0度以上といった、摂氏145.0度以上である。ある実施形態においては、メルトダウン温度は、例えば摂氏150.0度〜摂氏165度の範囲といった摂氏146.0度〜摂氏170.0度の範囲である。
摂氏105度熱収縮
The shutdown temperature of the microporous membrane is measured using a procedure similar to the measurement of the shutdown temperature. According to this method, the microporous membrane is exposed to a temperature (5 degrees Celsius / minute) that starts at 25 degrees Celsius and rises above the shutdown temperature of the film, during which time the air permeability of the film is measured. Membrane heating is continued, and the temperature at which the air permeability (Gurley value) of the microporous membrane first decreases to a value of 1.0 × 10 5 seconds / 100 cm 3 is defined as the meltdown temperature of the microporous membrane. The air permeability of the microporous membrane is measured according to JIS P 8117 using an air permeability meter (Asahi Seiko Co., Ltd., EGO-1T). In some embodiments, the meltdown temperature of the films of the present invention is 145.0 degrees Celsius or higher, such as 150.0 degrees Celsius or higher, such as 160.0 degrees Celsius or higher. In some embodiments, the meltdown temperature is in the range of 146.0 degrees Celsius to 170.0 degrees Celsius, such as in the range of 150.0 degrees Celsius to 165 degrees Celsius.
105 degrees Celsius heat shrink
ある実施形態においては、膜は、例えば10.0%以下、6.0%以上、例えば1.0%〜5.0%の範囲の、少なくとも1つの平面方向(例えばMDまたはTD)への摂氏105度における熱収縮を有する。MDおよびTDへの摂氏105.0度における膜の収縮は次のようにして測定する:(i)周囲温度における微多孔膜の試験片の大きさをMDおよびTDの両方について測定し、(ii)微多孔膜の試験片を、荷重をかけずに8時間摂氏105度の温度にて平衡化させ、次いで(iii)膜の大きさをMDおよびTDの両方について測定する。MDおよびTDへの熱(すなわち「熱による」)収縮は、測定結果(i)を測定結果で割り、(ii)得られた商を百分率で表すことによって得ることができる。
引張強度
In certain embodiments, the membrane is in degrees Celsius in at least one planar direction (eg, MD or TD), for example in the range of 10.0% or less, 6.0% or more, eg, 1.0% to 5.0%. It has a thermal shrinkage at 105 degrees. The shrinkage of the membrane at 105.0 degrees Celsius to MD and TD is measured as follows: (i) The microporous membrane specimen size at ambient temperature is measured for both MD and TD; ) The microporous membrane specimen is allowed to equilibrate for 8 hours at a temperature of 105 degrees Celsius with no load, and then (iii) the membrane size is measured for both MD and TD. Thermal (ie, “thermal”) shrinkage to MD and TD can be obtained by dividing the measurement result (i) by the measurement result and (ii) expressing the resulting quotient as a percentage.
Tensile strength
ある実施形態においては、膜は、例えば1.5×105kPa〜2.0×105kPaの範囲といった、各1.4×105kPa以上のMDおよびTD引張強度を有する。引張強度は、ASTM D−882Aに従ってMDおよびTDについて測定する。
規格化電解質親和性
In certain embodiments, the membrane has, like the range of, for example, 1.5 × 10 5 kPa~2.0 × 10 5 kPa, the MD and TD tensile strength of at least the 1.4 × 10 5 kPa. Tensile strength is measured for MD and TD according to ASTM D-882A.
Standardized electrolyte affinity
50mm×50mm(厚さは12.0マイクロメートル以下)の膜試料を調製し、このフィルムよりも面積の大きいガラス基板上に平らに置く。可視光線を用いて上方からフィルムに照射するが、測定開始時にはフィルムは不透明である。プロピレンカーボネート(純度は99体積%以上)の液滴500.0マイクロLを、摂氏25度+/−摂氏3度の膜を用いてフィルムの表面に施す。膜の電解質親和性(「EA」)は、液滴が最初にフィルムと接触してからフィルムが透明になるまでの平均経過時間と定義される。測定を5回繰り返して平均値を得る。 A film sample of 50 mm × 50 mm (thickness is 12.0 micrometers or less) is prepared and placed flat on a glass substrate having a larger area than the film. The film is irradiated from above using visible light, but the film is opaque at the start of measurement. A 500.0 microL drop of propylene carbonate (purity> 99% by volume) is applied to the surface of the film using a 25 degree Celsius +/- 3 degree Celsius film. The electrolyte affinity (“EA”) of a membrane is defined as the average elapsed time from when a droplet first contacts the film until the film becomes transparent. Repeat the measurement 5 times to obtain the average value.
規格化電解質親和性(「NEA」)は、EA/(平均膜厚、単位:マイクロメートル)と定義される。NEAは[秒/マイクロメートル]を単位とする。ある実施形態においては、膜は、例えば2.5秒/マイクロメートル以下、例えば0.1秒/マイクロメートル〜0.9秒/マイクロメートルの範囲といった、5.0秒/マイクロメートル以下のNEAを有する。 Normalized electrolyte affinity ("NEA") is defined as EA / (average film thickness, units: micrometers). NEA has [second / micrometer] as a unit. In some embodiments, the membrane has a NEA of 5.0 seconds / micrometer or less, such as 2.5 seconds / micrometer or less, such as in the range of 0.1 second / micrometer to 0.9 seconds / micrometer. Have.
本発明を、本発明の範囲を制限することを意図することなく、下記実施例を参照してより詳細に説明する。
実施例1
The invention will now be described in more detail with reference to the following examples, without intending to limit the scope of the invention.
Example 1
(1)ポリマー−希釈剤混合物の調製
ポリマー−希釈剤混合物を、2種類のポリエチレン、PE1およびPE3とPPとのポリマーブレンドと希釈剤とを合わせることにより次のようにして調製する。ポリマーブレンドは、(a)5.6×105のMw、4.0のMWD、炭素原子1.0×104個当たり0.14以下の末端不飽和量、および摂氏136.0度のTmを有する90.0重量%のPE(PE1)、(b)1.9×106のMw、5.1のMWD、および摂氏136.0度のTmを有する5.0重量%のPE(PE3)、ならびに(c)5.3×105のMwおよび約80J/gのΔHmを有する5.0重量%のアイソタクチックPP(PP2)(重量パーセントは合わせたポリマーの重量が基準である)を含む。
(1) Preparation of polymer-diluent mixture A polymer-diluent mixture is prepared as follows by combining a polymer blend of two types of polyethylene, PE1 and PE3 and PP, and a diluent. The polymer blend has (a) 5.6 × 10 5 Mw, 4.0 MWD, a terminal unsaturation amount of less than 0.14 per 1.0 × 10 4 carbon atoms, and a Tm of 136.0 degrees Celsius. (B) 1.9 × 10 6 Mw, 5.1 MWD, and 5.0 wt% PE (PE3 with a Tm of 136.0 degrees Celsius) ), And (c) 5.0 wt% isotactic PP (PP2) having a Mw of 5.3 × 10 5 and a ΔHm of about 80 J / g (weight percentages are based on the weight of the combined polymers) including.
次に、35.0重量%のポリマーブレンドを、58mmの内径および42のL/Dを有する強混合型二軸スクリュー押出機内に充填し、65.0重量%の流動パラフィン(摂氏40度で50cst)を、サイドフィーダーを介して二軸スクリュー押出機に供給する。摂氏220度および320rpmにて混合を行ってポリマー−希釈剤混合物を製造する(重量パーセントはポリマー−希釈剤混合物の重量が基準である)。 Next, 35.0% by weight of the polymer blend was loaded into a strongly mixed twin screw extruder having an inner diameter of 58 mm and an L / D of 42, and 65.0% by weight liquid paraffin (50 cst at 40 degrees Celsius). ) To the twin screw extruder via the side feeder. Mixing is performed at 220 degrees Celsius and 320 rpm to produce a polymer-diluent mixture (weight percentages are based on the weight of the polymer-diluent mixture).
(2)膜の製造
ポリマー−希釈剤混合物を押出機からシート形成ダイへと導いて(シートの形態の)押出物を形成する。ダイの温度は約摂氏210度(表1に具体的に示す通り)である。押出物を、摂氏20度に制御された冷却ローラーとの接触により冷却する。冷却押出物を、テンター延伸機で、MDおよびTDの両方に5倍の倍率に、約摂氏112.5度(表に具体的に示す通り)にて同時二軸延伸(上流延伸)する。次いで、延伸した三層ゲル状シートを、摂氏25度に制御された塩化メチレン浴に浸漬して流動パラフィンを除去して、ポリマー−希釈剤混合物中の流動パラフィンの重量を基準として1.0重量%以下の量にする。次いで膜を室温の気流で乾燥させる。次いで膜の大きさをほぼ一定に保ちながら、膜を10分間摂氏128.8度(表に記載の通り)で熱セットして最終微多孔膜を製造する。選択した出発物質、処理条件、および膜特性を表1に示す。
実施例2
(2) Membrane preparation The polymer-diluent mixture is led from an extruder to a sheet forming die to form an extrudate (in the form of a sheet). The die temperature is about 210 degrees Celsius (as specifically shown in Table 1). The extrudate is cooled by contact with a cooling roller controlled at 20 degrees Celsius. The cooled extrudate is simultaneously biaxially stretched (upstream stretched) in a tenter stretcher at a magnification of 5 times for both MD and TD at approximately 112.5 degrees Celsius (as specifically shown in the table). The stretched three-layer gel-like sheet is then immersed in a methylene chloride bath controlled at 25 degrees Celsius to remove liquid paraffin and 1.0 weight based on the weight of liquid paraffin in the polymer-diluent mixture. % Or less. The membrane is then dried with a stream of room temperature. The membrane is then heat set at 128.8 degrees Celsius (as described in the table) for 10 minutes while maintaining the membrane size approximately constant to produce the final microporous membrane. Selected starting materials, processing conditions, and membrane properties are shown in Table 1.
Example 2
表1に記載したことを除き実施例1を繰り返す。出発物質および処理条件は、表に記載したことを除き実施例1で使用したものと同じである。例えば、PP1を1.1×106のMwおよび114J/gのΔHmを有するポリプロピレン(PP1)に代えてもよく、PE1を7.46×105のMw、摂氏134.0度のTm、および炭素原子1.0×104個当たり0.20以上の末端不飽和量を有するPE(PE2)に代えてもよい。実施例4および5の膜は、熱セットの前に、それぞれ摂氏130.2度(実施例4)および摂氏130.0度(実施例5)の温度にさらしながら、希釈剤除去の下流で1.4のTD倍率に延伸する(下流延伸)。
実施例1〜5から、有用なメルトダウン温度(例えば摂氏145.0度以上)を有する比較的薄い微多孔膜は、PEと膜の重量を基準として4.0重量%以上のPPとから製造できることがわかる。かかる膜は、薄いBSFを利用するリチウムイオンポリマー電池等のリチウムイオン電池のBSFとして有用である。実施例5が示す通り、PPの濃度を上げるとNEAが有意に増大する。20.0重量%超のPPを含有する膜については、NEA値が大きいほどポリマー電池用のBSFとして膜を使用することがより困難となる。言い換えれば、限界量のPPは有用なメルトダウン温度を達成するためには必要である一方、PP量を増やすとNEAに対して望ましくない影響があることがデータからわかる。比較例1はPPを含有しないBSFを示している。かかる膜は有用なNEAを有するが、比較的低いメルトダウン温度、比較的低い空孔率、および比較的低い規格化突刺強度もまた有する。 From Examples 1-5, a relatively thin microporous membrane having a useful meltdown temperature (eg, 145.0 degrees Celsius or higher) is made from PE and 4.0 wt% or higher PP based on the weight of the membrane. I understand that I can do it. Such membranes are useful as BSFs for lithium ion batteries such as lithium ion polymer batteries that utilize thin BSF. As Example 5 shows, increasing the concentration of PP significantly increases NEA. For membranes containing more than 20.0 wt% PP, the higher the NEA value, the more difficult it is to use the membrane as a BSF for polymer batteries. In other words, the data shows that while a limiting amount of PP is necessary to achieve a useful meltdown temperature, increasing the PP amount has an undesirable effect on NEA. Comparative Example 1 shows BSF containing no PP. Such membranes have a useful NEA, but also have a relatively low meltdown temperature, a relatively low porosity, and a relatively low normalized puncture strength.
優先権書類を含む、本明細書で引用した全ての特許、試験手順、およびその他の文献は、参照により、かかる開示が本発明に矛盾しない範囲で完全に組み込まれ、またかかる組込みが許容される全ての権限について、完全に組み込まれる。 All patents, test procedures, and other references cited herein, including priority documents, are fully incorporated by reference, and such incorporation is permitted, to the extent that such disclosure does not contradict the present invention. All permissions are fully integrated.
本明細書中に開示した例示的形態は特定のものについて記載しているが、種々の他の変形態様が、当業者にとっては明らかであり、かつ、当業者によって本開示の精神および範囲から逸脱することなく容易に行われ得ることが理解されるであろう。したがって、本明細書に添付した特許請求の範囲の範囲は本明細書中に示した実施例および説明に限定されるものではなく、特許請求の範囲は、本開示が属する分野の当業者によってその等価物として扱われる全ての特徴を含む、本明細書に備わる特許可能な新規性のある特徴の全てを包含するものとして解釈されることが意図されている。 Although the exemplary forms disclosed herein are described with particularity, various other modifications will be apparent to those skilled in the art and depart from the spirit and scope of the disclosure by those skilled in the art. It will be understood that this can be done easily without Accordingly, the scope of the claims appended hereto is not limited to the examples and descriptions set forth herein, which are claimed by those skilled in the art to which this disclosure belongs. It is intended to be construed as including all patentable, novel features provided herein, including all features treated as equivalents.
数値の下限および数値の上限が本明細書中に列挙されている場合、あらゆる下限からあらゆる上限までの範囲が想定されている。 Where numerical lower limits and numerical upper limits are listed herein, ranges from any lower limit to any upper limit are contemplated.
本発明の微多孔膜は、バッテリーセパレーターフィルムとしての使用に好適である。 The microporous membrane of the present invention is suitable for use as a battery separator film.
Claims (23)
(1)希釈剤とポリマーとの混合物を押し出す工程であり、ポリマーがA1の量のポリエチレンおよびA2の量のポリプロピレンを含み、ポリマー−希釈剤混合物中のポリマー中のポリマーの重量を基準としてA1が1.0重量%以上であり、A2が4.0重量%〜20.0重量%の範囲である工程;
(2)押出物を少なくとも1つの平面方向に延伸する工程;ならびに
(3)希釈剤の少なくとも一部を延伸押出物から除去する工程
を含むプロセス。 A manufacturing process of a microporous membrane,
(1) a step of extruding the mixture of diluent and polymer, the polymer comprises polypropylene in an amount of polyethylene and A 2 in the amount of A 1, polymer - based on the weight of the polymer in the polymer in a diluent mixture step a 1 is 1.0 wt% or more, a 2 is in the range of 4.0 wt% to 20.0 wt%;
(2) stretching the extrudate in at least one planar direction; and (3) removing at least a portion of the diluent from the stretched extrudate.
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