JP5501233B2 - ポリ4−メチル−1−ペンテン樹脂組成物、それを含むフィルム、微多孔フィルム、電池用セパレータおよびリチウムイオン電池 - Google Patents
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Description
[1] 0〜90質量部の4−メチル−1−ペンテン単独重合体(A)と、4−メチル−1−ペンテンに由来する構成単位と4−メチル−1−ペンテン以外の炭素原子数2〜20のα−オレフィンに由来する構成単位とを有する、10〜100質量部の4−メチル−1−ペンテン共重合体(B)とを含み(ただし、前記4−メチル−1−ペンテン単独重合体(A)と前記4−メチル−1−ペンテン共重合体(B)との合計量は100質量部である);前記4−メチル−1−ペンテン以外の炭素原子数2〜20のα−オレフィンに由来する構成単位の含有量は、前記4−メチル−1−ペンテン単独重合体(A)と前記4−メチル−1−ペンテン共重合体(B)との合計量に対して0.1〜2.1質量%であり、前記4−メチル−1−ペンテン単独重合体(A)と前記4−メチル−1−ペンテン共重合体(B)との合計重量に対して0.1〜800ppmの核剤(C)をさらに含む、ポリ4−メチル−1−ペンテン樹脂組成物。
[2] 5〜90質量部の前記4−メチル−1−ペンテン単独重合体(A)と、10〜95質量部の前記4−メチル−1−ペンテン共重合体(B)とを含み、前記4−メチル−1−ペンテン以外の炭素原子数2〜20のα−オレフィンに由来する構成単位の含有量は、前記4−メチル−1−ペンテン単独重合体(A)と前記4−メチル−1−ペンテン共重合体(B)との合計量に対して0.1〜2.0質量%である、[1]記載のポリ4−メチル−1−ペンテン樹脂組成物。
[3] 15〜50質量部の前記4−メチル−1−ペンテン共重合体(B)を含む、[1]または[2]記載のポリ4−メチル−1−ペンテン樹脂組成物。
[4] 100質量部の前記4−メチル−1−ペンテン共重合体(B)を含む、[1]記載のポリ4−メチル−1−ペンテン樹脂組成物。
[5] 核剤(C)の含有量は、前記4−メチル−1−ペンテン単独重合体(A)と前記4−メチル−1−ペンテン共重合体(B)との合計重量に対して0.1〜100ppmである、[1]〜[4]のいずれかに記載のポリ4−メチル−1−ペンテン樹脂組成物。
[6] 前記核剤(C)が、リン酸2,2−メチレンビス(4,6−ジt−ブチルフェニル)ナトリウム、トリス(p−t−ブチル安息香酸)アルミニウム、ステアリン酸塩、ビス(p−メチルベンジリデン)ソルビトール、ビス(4−エチルベンジリデン)ソルビトール、タルク、炭酸カルシウムおよびハイドロタルサイトからなる群より選ばれる少なくとも1種である、[1]〜[5]のいずれかに記載のポリ4−メチル−1−ペンテン樹脂組成物。
[7] [1]〜[6]のいずれかに記載のポリ4−メチル−1−ペンテン樹脂組成物からなる、フィルム。
[8] 微多孔が形成されている、[7]記載のフィルム。
[9] 5〜90質量部の4−メチル−1−ペンテン単独重合体(A)と、4−メチル−1−ペンテンに由来する構成単位と4−メチル−1−ペンテン以外の炭素原子数2〜20のα−オレフィンに由来する構成単位とを有する、10〜95質量部の4−メチル−1−ペンテン共重合体(B)とを含み(ただし、前記4−メチル−1−ペンテン単独重合体(A)と前記4−メチル−1−ペンテン共重合体(B)との合計量は100質量部である);前記4−メチル−1−ペンテン以外の炭素原子数2〜20のα−オレフィンに由来する構成単位の含有量は、前記4−メチル−1−ペンテン単独重合体(A)と前記4−メチル−1−ペンテン共重合体(B)との合計量に対して0.1〜2.0質量%であるポリ4−メチル−1−ペンテン樹脂組成物からなる、微多孔フィルム。
[10] 15〜50質量部の前記4−メチル−1−ペンテン共重合体(B)を含む、[9]記載の微多孔フィルム。
[11] 前記4−メチル−1−ペンテン単独重合体(A)と前記4−メチル−1−ペンテン共重合体(B)との合計重量に対して0.1〜800ppmの核剤(C)をさらに含む、[9]または[10]記載の微多孔フィルム。
[12] 核剤(C)の含有量は、前記4−メチル−1−ペンテン単独重合体(A)と前記4−メチル−1−ペンテン共重合体(B)との合計重量に対して0.1〜100ppmである、[11]記載の微多孔フィルム。
[13] 前記核剤(C)が、リン酸2,2−メチレンビス(4,6−ジt−ブチルフェニル)ナトリウム、トリス(p−t−ブチル安息香酸)アルミニウム、ステアリン酸塩、ビス(p−メチルベンジリデン)ソルビトール、ビス(4−エチルベンジリデン)ソルビトール、タルク、炭酸カルシウムおよびハイドロタルサイトからなる群より選ばれる少なくとも1種である、[11]または[12]に記載の微多孔フィルム。
[14] [7]または[8]に記載のフィルムを含む、電池用セパレータ。
[15] [9]〜[13]のいずれかに記載の微多孔フィルムを含む、電池用セパレータ。
[16] リチウムイオン電池に用いられる、[14]または[15]記載の電池用セパレータ。
[17] [16]記載の電池用セパレータを含む、リチウムイオン電池。
本発明のポリ4−メチル−1−ペンテン樹脂組成物は、4−メチル−1−ペンテンに由来する構成単位と4−メチル−1−ペンテン以外の炭素原子数2〜20のα−オレフィンに由来する構成単位とを有する4−メチル−1−ペンテン共重合体(B)と、4−メチル−1−ペンテン単独重合体(A)および核剤(C)のいずれか一方または両方と、を含む。
本発明の微多孔フィルムは、前記ポリ4−メチル−1−ペンテン樹脂組成物からなるフィルムを成形するステップ;成形したフィルムを延伸するステップ;を経て得られる。
本発明のポリ4−メチル−1−ペンテン樹脂組成物からなる微多孔フィルムは、高融点であり、かつ高い開孔率を有する。このため、リチウムイオン電池、ニッケルカドミニウム電池、ニッケル水素電池等の電池用セパレータ、特に高温での形状保持性に優れ、かつ高いイオン伝導性が求められるリチウムイオン電池用セパレータに適している。
a)各層を多孔化したのち、多孔化された各層を熱圧着すること、または接着剤等により接着することにより積層する方法。
b)各層を積層して積層フィルムを得た後、該積層フィルムを多孔化する方法。
リチウムイオン電池は、正極板と負極板が電池用セパレータを介して積層されて捲回された捲回体と、電解液と、これらを収納する電池ケースと、を有する。電池用セパレータは、ポリ4−メチル−1−ペンテン樹脂組成物からなる微多孔フィルムを含む。
固体触媒成分の調製
無水塩化マグネシウム750g、デカン2800gおよび2−エチルヘキシルアルコ−ル3080gを130℃で3時間加熱反応させて均一溶液とした。その後、この溶液中に2−イソブチル−2−イソプロピル−1,3−ジメトキシプロパン220mlを添加し、さらに100℃にて1時間攪拌混合した。得られた均一溶液を室温まで冷却した後、この均一溶液3000mlを、−20℃に保持した四塩化チタン800ml中に、攪拌下45分間にわたって全量滴下挿入した。滴下挿入終了後、この混合液の温度を4.5時間かけて110℃に昇温し、110℃に達したところで2−イソブチル−2−イソプロピル−1,3−ジメトキシプロパン5.2mlを添加し、2時間同温度(110℃)にて攪拌した。2時間の反応終了後、熱濾過にて固体部を採取し、この固体部を1000mlの四塩化チタンにて再懸濁させた後、再び110℃で2時間、加熱反応させた。反応終了後、再び熱濾過にて固体部を採取し、90℃デカンおよびヘキサンで洗液中に遊離のチタン化合物が検出されなくなるまで充分洗浄した。以上の操作によって調製した固体状チタン触媒成分をデカンスラリーとして保存した。この固体状チタン触媒成分の一部を、触媒組成を調べる目的で乾燥させた。得られた固体状チタン触媒成分の組成は、チタン3.0質量%、マグネシウム17.0質量%、塩素57質量%、2−イソブチル−2−イソプロピル−1,3−ジメトキシプロパン18.8質量%、および2−エチルヘキシルアルコ−ル1.3質量%であった。
内容積150リットルの攪拌機付きのSUS製重合槽に、窒素雰囲気下、デカン100リットル、4−メチル−1−ペンテン27kg、水素6.75リットル、トリエチルアルミニウム67.5ミリモルおよび上記固体チタン触媒成分をTi原子換算で0.27モルを加えて、重合槽内を60℃に昇温し、その温度を維持した。重合時間6時間経過後、重合槽からパウダーを取り出し、ろ過・洗浄した後、乾燥して4−メチル−1−ペンテン単独重合体(a−1)を得た。得られた単独重合体(a−1)の収量は26kgであり、その極限粘度[η]は、3.5dl/gであった。
移動粘度計(離合社製、タイプVNR053U型)を用い、樹脂0.25〜0.27gを25mlのデカリンに溶解させたものを試料とした。そして、ASTM J1601に準じ、135℃にて試料の比粘度ηSPを測定し、これと濃度との比を濃度0に外挿して極限粘度[η]を求めた。
内容積150リットルの攪拌機付きのSUS製重合槽に、窒素雰囲気下、デカン100リットル、4−メチル−1−ペンテン27kg、デセン−1 570g、水素6.75リットル、トリエチルアルミニウム67.5ミリモルおよび上記固体チタン触媒成分をTi原子換算で0.27モルを加えて、重合槽内を60℃に昇温し、その温度を維持した。重合時間6時間経過後、重合槽からパウダーを取り出し、ろ過・洗浄した後、乾燥して4−メチル−1−ペンテン共重合体(b−1)を得た。得られた共重合体(b−1)の収量は26kgであり、デセン−1含有量は2.1質量%であった。また、前述と同様に測定された共重合体(b−1)の極限粘度[η]は、3.5dl/gであった。
上記で得られた4−メチル−1−ペンテン単独重合体(a−1)(単に、「重合体(a−1)」ともいう)と4−メチル−1−ペンテン共重合体(b−1)(単に、「重合体(b−1)」ともいう)とを、重合体(a−1)/重合体(b−1)=5/95の質量比で配合した。これに従来公知の中和剤、フェノール系酸化防止剤を添加してヘンシェルミキサーにて混合し、押出機を用いて280℃にて溶融混練してペレットを得た。得られたペレットのメルトフローレートは、25g/10分であった。
ペレットのメルトフローレートは、ASTM D1238に準じて、荷重5.0kg、温度260℃の条件で測定した。
微多孔フィルムの表面部分を、SEM走査型電子顕微鏡(日立製作所製 S−4700)を用いて倍率10000倍で撮影した。その写真を画像処理ソフト(プラネトロン社製、Image−Pro Plus)で孔の面積を測定し、全体の面積における孔の面積の割合を開孔率とした。
キャストフィルムの靭性を下記の基準で評価した。
◎:室温で30%延伸可能
○:室温で20%延伸可能
×:室温で10%延伸可能
ペレットをプレス成形したシートから切り出した10mgのサンプルを用意した。このサンプルを、窒素雰囲気下280℃で10分間熱処理後、示差走査型熱量計(パーキンエルマー社製、DSC−7型)を用いて、降温速度320℃/分で220℃まで冷却し、220℃で温度一定とした際の結晶化曲線を得た。この結晶化曲線において、発熱ピークの積分値の半分に到達するまでの時間t1/2(秒)を測定した。
重合体(A)と重合体(B)との質量比を、重合体(a−1)/重合体(b−1)=30/70とした以外は参考例1と同様にして溶融混練してペレットを得た。得られたペレットのMFRは25g/10分であった。次いで、製膜、延伸を行ない、微多孔フィルムを得た。微多孔フィルムの物性を評価した結果を表1に示した。
重合体(A)と重合体(B)の質量比を、重合体(a−1)/重合体(b−1)=50/50とした以外は参考例1と同様にして溶融混練してペレットを得た。得られたペレットのMFRは25g/10分であった。次いで、製膜、延伸を行ない、微多孔フィルムを得た。微多孔フィルムの物性を評価した結果を表1に示した。
重合体(A)と重合体(B)の質量比を、重合体(a−1)/重合体(b−1)=70/30とした以外は参考例1と同様にして溶融混練してペレットを得た。得られたペレットのMFRは25g/10分であった。次いで、製膜、延伸を行ない、微多孔フィルムを得た。微多孔フィルムの物性を評価した結果を表1に示した。
重合体(A)と重合体(B)の質量比を、重合体(a−1)/重合体(b−1)=85/15とした以外は参考例1と同様にして溶融混練してペレットを得た。得られたペレットのMFRは25g/10分であった。次いで、製膜、延伸を行ない、微多孔フィルムを得た。微多孔フィルムの物性を評価した結果を表1に示した。
重合体(A)と重合体(B)の質量比を、重合体(a−1)/重合体(b−1)=90/10とした以外は参考例1と同様にして溶融混練してペレットを得た。得られたペレットのMFRは25g/10分であった。次いで、製膜、延伸を行ない、微多孔フィルムを得た。延伸時に靭性が若干不足しており室温30%の延伸が困難だったため、室温の延伸倍率は20%とした。微多孔フィルムの物性を評価した結果を表1に示した。
4−メチル−1−ペンテン共重合体(B)の製造
内容積150リットルの攪拌機付きのSUS製重合槽に、窒素雰囲気下、デカン100リットル、4−メチル−1−ペンテン27kg、ヘキサデセン−1とオクタデセン−1との混合物1080g、水素6.75リットル、トリエチルアルミニウム67.5ミリモルおよび上記固体チタン触媒成分をTi原子換算で0.27モルを加えて、重合槽内を60℃に昇温し、その温度を維持した。重合時間6時間経過後、重合槽からパウダーを取り出し、ろ過・洗浄した後、乾燥して4−メチル−1−ペンテン共重合体(b−3)を得た。得られた共重合体(b−3)の収量は26kgであり、ヘキサデセン−1とオクタデセン−1の合計含有量は、4.0質量%であった。また、前述と同様に測定された共重合体(b−3)の極限粘度[η]は、3.4dl/gであった。
重合体(A)と重合体(B)に加え、核剤(C)として、リン酸2,2−メチレンビス(4,6ジt−ブチルフェニル)ナトリウム(以下、「核剤(c−1)」ともいう。旭電化社製:商品名 NA−11)を、重合体(A)と重合体(B)との合計重量に対して80質量ppm添加して溶融混練した以外は、参考例2と同様にして溶融混練してペレットを得た。得られたペレットのMFRは25g/10分であった。次いで、製膜、延伸を行ない、微多孔フィルムを得た。微多孔フィルムの物性を評価した結果を表1に示した。
核剤(c−1)の添加量を160質量ppmとした以外は、実施例8と同様にして溶融混練してペレットを得た。得られたペレットのMFRは25g/10分であった。次いで、製膜、延伸を行ない、微多孔フィルムを得た。微多孔フィルムの物性を評価した結果を表1に示した。
核剤(c−1)の添加量を320質量ppmとした以外は、実施例8と同様にして溶融混練してペレットを得た。得られたペレットのMFRは25g/10分であった。次いで製膜、延伸を行ない、微多孔フィルムを得た。微多孔フィルムの物性を評価した結果を表1に示した。
核剤(c−1)の添加量を640質量ppmとした以外は、実施例8と同様にして溶融混練してペレットを得た。得られたペレットのMFRは25g/10分であった。次いで、製膜、延伸を行ない、微多孔フィルムを得た。微多孔フィルムの物性を評価した結果を表1に示した。
参考例1の共重合体(B)の合成において、デセン−1の添加量を160gとして、重合体(B)中のデセン−1含有量が0.6質量%である4−メチル−1−ペンテン共重合体(b−2)を得た。この重合体(b−2)を用いて、重合体(a−1)/重合体(b−2)=0/100の質量比で配合し、かつ核剤(c−1)の添加量を10質量ppmとした以外は、実施例8と同様にして溶融混練してペレットを得た。次いで、製膜、延伸を行ない、微多孔フィルムを得た。微多孔フィルムの物性を評価した結果を表2に示した。
核剤(c−1)の添加量を80質量ppmとした以外は、実施例12と同様にして溶融混練してペレットを得た。次いで、製膜、延伸を行ない、微多孔フィルムを得た。微多孔フィルムの物性を評価した結果を表2に示した。
核剤(c−1)の添加量を200質量ppmとした以外は、実施例12と同様にして溶融混練してペレットを得た。次いで、製膜、延伸を行ない、微多孔フィルムを得た。微多孔フィルムの物性を評価した結果を表2に示した。
核剤(c−1)の添加量を500質量ppmとした以外は、実施例12と同様にして溶融混練してペレットを得た。次いで、製膜、延伸を行ない、微多孔フィルムを得た。微多孔フィルムの物性を評価した結果を表2に示した。
核剤(C)として、核剤(c−1)に代えて、タルク(以下、「核剤(c−2)」ともいう。松村産業(株)製:商品名 ET−5)を用いた以外は、実施例13と同様にして溶融混練してペレットを得た。次いで、製膜、延伸を行ない、微多孔フィルムを得た。微多孔フィルムの物性を評価した結果を表2に示した。
核剤(C)として、核剤(c−1)に代えて、トリス(p−t−ブチル安息香酸)アルミニウム(以下、「核剤(c−3)」ともいう。ジャパンケムテック(株)製、商品名:AL−PTBBA)を用いた以外は、実施例13と同様にして溶融混練してペレットを得た。次いで、製膜、延伸を行ない、微多孔フィルムを得た。微多孔フィルムの物性を評価した結果を表2に示した。
核剤(C)として、核剤(c−1)に代えて、ビス(p−メチルベンジリデン)ソルビトール(以下、「核剤(c−4)」ともいう。三井化学(株)製、商品名:NC−6)を用いた以外は、実施例13と同様にして溶融混練してペレットを得た。次いで、製膜、延伸を行ない、微多孔フィルムを得た。微多孔フィルムの物性を評価した結果を表2に示した。
重合体(b−1)(デセン−1含有量=2.1質量%)のみを用いた以外は参考例1と同様にして溶融混練してペレットを得た。得られたペレットのMFRは25g/10分であった。次いで、製膜、延伸を行ない、微多孔フィルムを得た。微多孔フィルムの物性を評価した結果を表3に示した。
重合体(a−1)のみを用いた以外は参考例1と同様にして溶融混練してペレットを得た。得られたペレットのMFRは25g/10分であった。次いで、製膜、延伸を行ない、微多孔フィルムを得た。延伸時に靭性が不足しており、室温で延伸倍率30%を実現するのは困難であったため、室温で延伸倍率10%とした。微多孔フィルムの物性を評価した結果を表3に示した。
実施例12において合成した重合体(b−2)のみを用いた以外は比較例1と同様にして溶融混練してペレットを得た。得られたペレットのMFRは25g/10分であった。次いで、製膜、延伸を行ない、微多孔フィルムを得た。微多孔フィルムの物性を評価した結果を表3に示した。
核剤(C)として、核剤(c−1)を重合体(b−2)の重量に対して1000質量ppm添加した以外は、比較例3と同様にして溶融混練してペレットを得た。次いで、製膜、延伸を行ない、微多孔フィルムを得た。微多孔フィルムの物性を評価した結果を表3に示した。
12 正極板
14 負極板
16 電池用セパレータ
18 捲回体
20 電池ケース
24 正極蓋
12A、14A リード
Claims (8)
- 50〜85質量部の4−メチル−1−ペンテン単独重合体(A)と、
4−メチル−1−ペンテンに由来する構成単位と、4−メチル−1−ペンテン以外の炭素原子数2〜20のα−オレフィンに由来する構成単位とを有する、15〜50質量部の4−メチル−1−ペンテン共重合体(B)とを含み(ただし、前記4−メチル−1−ペンテン単独重合体(A)と前記4−メチル−1−ペンテン共重合体(B)との合計量は100質量部である)、
前記4−メチル−1−ペンテン以外の炭素原子数2〜20のα−オレフィンに由来する構成単位の含有量は、前記4−メチル−1−ペンテン単独重合体(A)と前記4−メチル−1−ペンテン共重合体(B)との合計量に対して0.1〜2.0質量%であり、
前記4−メチル−1−ペンテン単独重合体(A)と前記4−メチル−1−ペンテン共重合体(B)との合計重量に対して0.1〜800ppmの核剤(C)をさらに含む、ポリ4−メチル−1−ペンテン樹脂組成物。 - 核剤(C)の含有量は、前記4−メチル−1−ペンテン単独重合体(A)と前記4−メチル−1−ペンテン共重合体(B)との合計重量に対して0.1〜100ppmである、請求項1記載のポリ4−メチル−1−ペンテン樹脂組成物。
- 前記核剤(C)が、リン酸2,2−メチレンビス(4,6−ジt−ブチルフェニル)ナトリウム、トリス(p−t−ブチル安息香酸)アルミニウム、ステアリン酸塩、ビス(p−メチルベンジリデン)ソルビトール、ビス(4−エチルベンジリデン)ソルビトール、タルク、炭酸カルシウムおよびハイドロタルサイトからなる群より選ばれる少なくとも1種である、請求項1記載のポリ4−メチル−1−ペンテン樹脂組成物。
- 請求項1記載のポリ4−メチル−1−ペンテン樹脂組成物からなる、フィルム。
- 微多孔が形成されている、請求項4記載のフィルム。
- 請求項5記載のフィルムを含む、電池用セパレータ。
- リチウムイオン電池に用いられる、請求項6記載の電池用セパレータ。
- 請求項7記載の電池用セパレータを含む、リチウムイオン電池。
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