JPH0698729B2 - 積層膜 - Google Patents

積層膜

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JPH0698729B2
JPH0698729B2 JP62111900A JP11190087A JPH0698729B2 JP H0698729 B2 JPH0698729 B2 JP H0698729B2 JP 62111900 A JP62111900 A JP 62111900A JP 11190087 A JP11190087 A JP 11190087A JP H0698729 B2 JPH0698729 B2 JP H0698729B2
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公一 河野
るみ 長島
健▲吉▼ 岡本
修一 沢田
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は超高分子量ポリオレフィン微多孔膜と少なくと
も1層の補強用多孔性基材とからなる積層膜に関する。
[従来の技術] ポリオレフィン微多孔膜は電池用セパレーター、電解コ
ンデンサー用隔膜、各種フィルター、透湿防水衣料、逆
浸透濾過膜、限外濾過膜、精密濾過膜等の各種用途に用
いられている。
従来、このようなポリオレフィン微多孔膜は、例えば異
種ポリマー等の微粉体からなる孔形成剤をポリオレフィ
ンに混合してミクロ分散させた後、孔形成剤を抽出する
混合抽出法、ポリオレフィン相を溶媒でミクロ相分離す
ることにより多孔構造とする相分離法、異種固体がミク
ロ分散しているポリオレフィン成形体に延伸などの歪を
与えることにより異種固体間を界面破壊して空孔を生じ
させ多孔化する延伸法などにより製造されている。
最近、高強度および高弾性のフィルムに形成し得る超高
分子量ポリオレフィンが開発され、これからなる高強度
のフィルム又は微多孔膜が種々提案された。
例えば特開昭58−5228号は超高分子量ポリエチレンを非
揮発性溶剤に溶解し、この溶液から繊維またはフィルム
などのゲルを成形し、この溶剤を含むゲルを揮発性溶剤
で抽出処理した後、加熱延伸することにより得られる超
高分子量ポリオレフィン繊維又はフィルムを開示してい
る。
また特開昭60−242035号は重量平均分子量が5×105
上の超高分子量ポリエチレンを溶媒に加熱溶解した溶液
からゲル状シートを成形し、該ゲル状シート中の溶媒量
を10〜80重量%に脱溶媒処理し、次いで加熱延伸した
後、残留溶媒を除去することにより得られる厚さが10μ
m以下、破断強度が200kg/cm2以上、空孔率が30%以上
である超高分子量ポリエチレンの微多孔膜を開示してい
る。
[発明が解決しようとする問題点] しかしながらこのようにして得られる超高分子量ポリエ
チレン微多孔膜は比較的薄いため、大きな強度を要する
用途には適さない。そこで膜厚を上げるために支持体上
に流延するポリマー溶液の量を多くしようとすると冷却
速度が低下し、結晶化が進みすぎて延伸が容易でなくな
り、得られる微多孔膜の強度や空孔率が低下する。また
ダイスより超高分子量ポリエチレン溶液を押出してゲル
状シートを形成する場合にも、膜厚を大きくすると、ダ
イスを出たときのスウェルやネックインが大きく均一な
厚さの膜を形成しにくくなる。このように強度を上げる
ために微多孔膜の膜厚を大きくしようとすると、必ずし
も満足な孔径及び空孔率を有する微多孔膜が得られな
い。
そのためポリオレフィン微多孔膜を適当な多孔性支持体
に積層することも考えられるが、従来のように熱融着し
たり接着剤により接着したりすると微多孔膜の孔径や空
孔率も変化し、満足な積層膜が得られないことがわかっ
た。従って本発明の目的は微多孔膜の孔径及び空孔率を
実質的に変化することなく微多孔膜と補強用多孔性基材
とが積層された積層膜を提供することである。
[問題点を解決するための手段] 上記目的に鑑み鋭意研究の結果、本発明者等は微多孔膜
と補強用多孔性基材とを間欠的な部分において融着する
ことにより微多孔膜の孔径及び空孔率が実質的に変化し
ないことを発見し、本発明に想到した。
すなわち、本発明の積層膜は超高分子量ポリオレフィン
微多孔膜と補強用多孔性基材とからなり、前記微多孔膜
の孔径及び空孔率が実質的に変化しないように前記微多
孔膜と前記補強用多孔性基材とが間欠的な部分で融着さ
れていることを特徴とする。
本発明において用いる超高分子量ポリオレフィンは、重
量平均分子量が5×10 以上、好ましくは1×106〜15
×106の範囲のものである。重量平均分子量が5×105
満では、超高分子量ポリオレフィンの特徴である高弾性
率で高強度の微多孔膜が得られない。一方、上限は特に
限定的ではないが、15×106を越えるものは、ゲル状シ
ートの形成において成形性に劣る。
このような超高分子量ポリオレフィンとしては、エチレ
ン、プロピレン、1−ブテン、4−メチル−1−ペンテ
ン、1−ヘキセンなどを重合した結晶性の単独重合体ま
たは共重合体があげられる。これらのうちエチレンを主
体とする超高分子量ポリエチレンが好ましい。なお、上
記の超高分子量ポリオレフィンには必要に応じて酸化防
止剤、紫外線吸収剤、滑剤、アンチブロッキング剤、顔
料、染料、無機充填剤などの各種添加剤を本発明の目的
を損わない範囲で添加することができる。
補強用多孔性基材は微多孔膜と接合し得るものであれば
任意の熱可塑性樹脂の織布、不織布、多孔性膜、多孔性
シート又は多孔性フィルムにより形成することができ
る。好ましい熱可塑性樹脂としは、ポリエチレン、ポリ
プロピレン等のポリオレフィン、ポリエチレンテレフタ
レート等のポリエステル、ナイロン等のポリアミド 等
があるが、超高分子量ポリオレフィン微多孔膜との接合
性及び耐薬品性の観点からポリオレフィンが好ましい。
織布の例としては、例えば高密度ポリエチレンやポリプ
ロピレンのフィルムを一軸延伸したテープを織布したも
ので、織度が1000〜1500デニール、厚さが0.05〜2mm、
坪量が10〜100g/m2の延伸テープヤーンクロスがある。
その他に熱可塑性樹脂を円形ダイスからネット状に押出
したもので、糸の太さ0.3〜3mm、厚さ0.3〜3mm、網目の
大きさ1〜10mmの押出ネットも利用できる。
不織布の例としては、熱可塑性樹脂からなる直径0.5〜5
0μmの繊維により形成された厚さ0.05〜2mm、坪量5〜
500g/m2、通気度0.1〜100cc/cm2/秒の不織布がある。そ
の他に、異種ポリマー等の微粉体からなる孔形成剤をポ
リオレフィンに混合してミクロ分散させた後、孔形成剤
を抽出する混合抽出法、ポリオレフィン相を溶媒でミク
ロ相分離することにより多孔構造とする相分離法、異種
固体がミクロ分散しているポリオレフィン成形体に延伸
などの歪みを与えることにより異種固体間を界面破壊し
て空孔を生じさせ多孔化する延伸法などで得られるポリ
オレフィン多孔性膜も利用できる。
さらに同様の熱可塑性樹脂からなる溶融押出発泡成形し
た多孔性シート又は、機械的、熱、光、放射線等で穿孔
した多孔性フィルムも利用することができる。
次に超高分子量ポリオレフィンの微多孔膜の製造方法に
ついて説明する。
まず重量平均分子量5×105以上の超高分子量ポリオレ
フィンを溶媒に加熱溶解することにより溶液を調整す
る。この溶媒としては、超高分子量ポリオレフィンを十
分に溶解できるものであれば特に限定されない。例え
ば、ノナン、デカン、ウンデカン、ドデカン、デカリ
ン、パラフィン油などの脂肪族または環式の炭化水素、
あるいは沸点がこれらに対応する鉱油留分などがあげら
れるが、溶媒含有量が安定なゲル状成形物を得るために
はパラフィン油のような不揮発性の溶媒が好ましい。
加熱溶解は、超高分子量ポリオレフィンが溶媒中で完全
に溶解する温度で撹拌しながら行う。その温度は使用す
る重合体および溶媒により異なるが、例えば超高分子量
ポリエチレンの場合には140〜250℃の範囲である。ま
た、超高分子量ポリオレフィン溶液の濃度は1〜10重量
%が好ましい。濃度が高すぎると均一な溶液の調製が難
かしい。なお、加熱溶解にあたってはポリオレフィンの
酸化劣化を防止するために酸化防止剤を添加するのが好
ましい。
次にこの超高分子量ポリオレフィンの加熱溶液をダイス
よりシート状に押出すか支持体上に流延し、急冷する。
急冷は少くとも50℃/分の速度でゲル化温度以下まで、
例えば、ポリエチレンの場合は90℃以下まで、好ましく
は50〜60℃まで行う。この急冷は水浴、空気浴、溶剤浴
等により行う。
また比較的厚膜の微多孔膜を製造する場合、超高分子量
ポリオレフィンの加熱溶液を急冷しながらダイスよりシ
ート状に押出す。急冷速度は同じように50℃/分以上で
あり、ゲル化温度以下まで、例えば、ポリエチレンの場
合は90℃以下まで好ましくは50〜60℃まで行う。ダイス
の冷却はダイス内に冷却水を循環させたり、ダイスを水
中に浸漬したりして行うことができるが、用いられる冷
媒の種類や冷却の方法はこの限りでない。
超高分子量ポリオレフィン溶液がゲル化すると抵抗が大
きくなってダイスからの押出しが困難になると予想され
るが、本発明者は思いがけなく比較的容易にポリオレフ
ィンゲルを押出すことができることを発見した。この理
由は必ずしも明確でないが、パラフィン油等の不揮発性
溶媒で膨潤した超高分子量ポリオレフィンゲルが比較的
スリット幅の広いダイス口に対して低い抵抗を有するた
めであると考えられる。このため比較的広範囲の、例え
ば0.5〜20mm、好ましくは1〜10mmの厚さの超高分子量
ポリオレフィンゲルのシートを得ることができる。なお
押出し速度は溶液の温度、冷媒の温度、冷却部分の長さ
によるが、通常2〜3cm乃至2〜3m/分である。
ゲル状シートは次に脱溶媒処理する。脱溶媒処理は、ゲ
ル状シートを易揮発性溶剤に浸漬し抽出して乾燥する方
法、圧縮する方法、加熱する方法またはこれらの組合せ
による方法などにより行うことができるが、ゲル状シー
トの構造を著しく変化させることなく溶媒を除去するた
めには易揮発性溶剤による抽出方法が好ましいが、抽出
時間を短縮するためには圧縮する方法との組み合わせに
よる方法が効果的である。この易揮発性溶剤としては、
ペンタン、ヘキサン、ヘプタンなどの炭化水素、塩化メ
チレン、四塩化炭素などの塩素化炭化水素、三フッ化エ
タンなどのフッ化炭化水素、ジエチルエーテル、ジオキ
サンなどのエーテル類などがあげられる。これらの溶剤
は超高分子量ポリオレフィンの溶解に用いた溶媒に応じ
て適宜選択し、単独もしくは混合して用いる。
また、ゲル状シート中の溶媒の除去量は、含まれる溶媒
に対して少くとも10重量%で、ゲル状シート中に含まれ
る超高分子量ポリオレフィンが10〜90重量%、好ましく
は10〜60重量%になるように脱溶媒処理することが必要
である。ゲル状シートからの溶媒の除去量が含まれる溶
媒に対し10重量%未満で、ゲル状シート中に含まれるポ
リオレフィンが10重量%未満では、ゲル状シートが溶媒
で高度に膨潤しているために加熱延伸においてゲルの溶
解を起し易い。また部分的に不均一延伸を起し易く、厚
さの均一な延伸成形物が得難く、延伸にともなう溶媒の
滲み出しなど取扱いの上からも好ましくない。一方、ゲ
ル状シート中に含まれるポリオレフィンが90重量%を越
えるまで溶媒を除去すると、ゲル状シートの網状組織の
緻密化が進み過ぎて高倍率の延伸ができず、高弾性率お
よび高強度の微多孔膜が得られない。なお、ゲル状シー
ト中に含まれる溶媒の除去量は、ゲル状シートに対する
易揮発性溶剤の量、時間あるいはゲル状シートの圧縮圧
力などによって調節することができる。
また、ゲル状シートの易揮発性溶剤による脱溶媒処理で
は、ゲル状シート中に不揮発性溶媒に代って吸収された
易揮発性溶剤の蒸発に伴ない、ゲル状シートが3軸方向
へ収縮やたわみを生じやすい。そこでこれを防止し、平
滑で二軸(縦、横)方向の収縮が小さくて均一で高倍率
の延伸が可能な原反を得るため、ゲル状シートを厚さ方
向に選択的に収縮することが好ましい。その収縮率は、
厚さ方向に50%以上、好ましくは70%以上で、また2軸
方向には20%以下であるのが好ましい。ゲル状シートの
厚さ方向への選択的な収縮は、例えばゲル状シートを平
滑な支持体へ密着したり、2軸方向からの把持あるいは
多孔質板で挟むなどの状態で易揮発性溶剤を蒸発させる
方法により行うことができる。
延伸は、脱溶媒処理したゲル状シートの原反を加熱し、
通常のテンター法、ロール法、インフレーション法、圧
延法もしくはこれらの方法の組合せによって所定の倍率
で行う。2軸延伸が好ましく、縦横同時延伸または逐次
延伸のいずれでもよい。
延伸温度は、超高分子量ポリオレフィンの融点+10℃以
下、好ましくは結晶分散温度から結晶融点未満の範囲で
ある。例えば、ポリエチレンの場合は90〜140℃で、よ
り好ましくは100〜130℃の範囲である。延伸温度が融点
+10℃を越える場合は、樹脂の溶融により延伸による分
子鎖の配向ができない。また、延伸温度が結晶分散温度
未満では、樹脂の軟化が不十分で、延伸において破膜し
易く、高倍率の延伸ができない。
また、延伸倍率は、原反の厚さによって異なるが、1軸
方向で少くとも2倍以上、好ましくは5〜20倍、面倍率
で10倍以上、好ましくは25〜400倍である。面倍率が10
倍未満では延伸が不十分で高弾性、高強度の微多孔膜が
得られない。一方、面倍率が400倍を越えると延伸装
置、延伸操作などの点で制約が生じる。
延伸成形物は、前記の易揮発性溶剤に浸漬して残留する
溶媒を抽出除去した後、溶剤を蒸発して乾燥する。溶媒
の抽出は、延伸成形物中の溶媒が1重量%未満になるま
で行うことが必要である。
以上のようにして製造した超高分子量ポリオレフィン微
多孔膜は、空孔率が30%以上で貫通孔径が0.001〜0.5μ
mである。また膜厚は製法に応じ10μm以下にも以上に
もすることができる。
微多孔膜と補強用多孔性基材との接合は間欠的な融着に
より行う。このような融着は多孔性基材が織布又は抽出
ネットの場合にはカレンダー加工により、また不織布又
は多孔性膜などの場合にはエンボス加工により行うのが
好ましい。加工装置としては、通常のヒートシール、高
周波シール、超音波シールなどに用いられる各種装置を
利用できる。融着部分が余り大きいと微多孔膜の孔径及
び空孔率の変化が大きすぎる。従って融着部分は5mm以
下、好ましくは2mm以下の平均幅を有するのが好まし
い。また融着部分の割合は全体の1〜50%、好ましくは
5〜25%である。1%未満だと接合が不十分であり、50
%を超えると孔径及び空孔率が低下し過ぎる。
このような融着において、融着温度は例えばポリエチレ
ン微多孔膜に対しては70〜140℃、ポリプロピレン微多
孔膜に対しては100〜170℃である。融着の際若干の加圧
を行うが、ポリオレフィン微多孔膜を保護するためのク
ッション材として、紙等の補助材を用いてもよい。
[実施例] 以下に、本発明の実施例を示す。なお、実施例における
試験方法は次の通りである。
(1) 微多孔膜の厚さ:断面を走査型電子顕微鏡によ
り測定。
(2) 積層膜の厚さ:マイクロメータにより測定。
(3) 引張0.2%変形荷重:ASTM D882に準拠して測
定。
(4) 引張破断荷重:ASTM D882に準拠して測定。
(5) 純水透過速度:積層膜を平膜モジュールに組み
込み、蒸溜水/エタノール混合液(50/50容積比)で通
水して親水化処理を行い、蒸溜水で充分に洗浄した後、
380mmHgの水圧をかけたときの濾液の透過量を測定して
求めた。
(6) 蛋白質の阻止率:上記(5)で記載したモジュ
ールを用いて、380mmHgの差圧下で0.05重量%のγ−グ
ロブリン(シグマ社製、分子量156,000)の生理的食塩
水溶液を循環させたときに、濾液中に含まれるγ−グロ
ブリンの濃度を280nmでの吸光度測定から求め、次式に
より計算した。
γ−グロブリンの阻止率={1−(濾液中のγ−グロブ
リン濃度/原液中のγ−グロブリン濃度)}×100 参考例1 重量平均分子量(w)が2×106のポリエチレン4.0重
量%と流動パラフィン(64cst/40℃)96.0重量%との混
合液100重量部に、2,6−ジ−t−ブチル−p−クレゾー
ル(「BHT」、住友化学社製)0.125重量部とテトラキス
〔メチレン−3−(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロ
キシフェニル)−プロピオネート〕メタン(「イルガノ
ックス1010」チバガイギー社製)0.25重量部との酸化防
止剤を加えて混合した。この混合液を撹拌機付のオート
クレーブに充填し、200℃で90分間撹拌して均一な溶液
を得た。
この溶液を加熱した金型に充填し、15℃まで急冷して厚
さ4mmのゲル状シートを成形した。このゲル状シートを
塩化メチレン250ml中に60分間浸漬した後、平滑板には
り付けた状態で塩化メチレンを蒸発乾燥し、流動パラフ
ィン含有量が82.9重量%の原反を作成した。
得られた原反シートを9×9cmに切断し、二軸延伸機に
セットして、温度118℃、延伸速度30cm/分で10×10倍に
同時二軸延伸を行った。得られた延伸膜を塩化メチレン
で洗浄して残留する流動パラフィンを抽出除去した後、
乾燥して120℃で熱セットし、厚さ4μmの超高分子量
ポリエチレン微多孔膜を得た。その蛋白質阻止率は68.8
%、透水速度は957/m2.hr.atmであった。
実施例1 参考例1の超高分子量ポリエチレン微多孔膜をポリエチ
レン製のテープヤーンクロス(日石プラスチック製ワリ
フ、坪量18g/m2、厚さ70μm)と薄葉紙(坪量22g/m2
の間にサンドイッチ状にはさみ、カレンダーロール処理
機を用いて105℃の温度条件で加圧接着した後、薄葉紙
をはぎとり、超高分子量ポリエチレン微多孔膜とポリエ
チレン製テープヤーンクロスとからなる積層膜を得た。
この積層膜のテスト結果を表1に示す。
実施例2 参考例1の超高分子量ポリエチレン微多孔膜を2枚のポ
リエチレン製テープヤーンクロス(日石プラスチック製
ワリフ、坪量18g/m2、厚さ70μm)の間にサンドイッチ
状にはさみ、カレンダーロール処理機を用いて110℃の
温度条件で加圧接着して積層膜を得た。この積層膜のテ
スト結果を表1に示す。
実施例3 参考例1の超高分子量ポリエチレン微多孔膜をポリエチ
レン製押出しネット(東京ポリマー製ネトロン、糸径60
0μm、厚さ600μm、網目寸法2mm)と薄葉紙(坪量22g
/m2)との間にサンドイッチ状にはさみ、カレンダーロ
ール処理機を用いて100℃の温度条件で加圧接着した
後、薄葉紙をはぎとり、ポリエチレン微多孔膜とポリエ
チレン押出しネットからなる積層膜を得た。この積層膜
のテスト結果を表1に示す。
実施例4 参考例1の超高分子量ポリエチレン微多孔膜を2枚のポ
リプロピレン不織布(東燃石油化学製タピルス、坪量30
g/m2、厚さ400μm)の間にサンドイッチ状にはさみ、
エンボスロール加工機を用いて125℃の温度条件で加圧
接着して積層膜を得た。この積層膜のテスト結果を表1
に示す。
実施例5 実施例4と同じ構成でエンボスロール加工機の代わりに
超音波ミシンを用いて10mm間隔の碁盤目状に接着した以
外は実施例4と同様にして積層膜を得た。この積層膜の
テスト結果を表1に示す。
実施例6 参考例1の超高分子量ポリエチレン微多孔膜をポリエチ
レン不織布(デユポン製タイベック、坪量75g/m2、厚さ
150μm)と薄葉紙(坪量22g/m2)との間にサンドイッ
チ状にはさみ、エンボスロール加工機を用いて105℃の
温度条件で加圧接着した後、薄葉紙をはぎ取り、超高分
子量ポリエチレン微多孔膜とポリエチレン不織布からな
る積層膜を得た。この積層膜のテスト結果を表1に示
す。
実施例7 参考例1の超高分子量ポリエチレン微多孔膜をポリエチ
レン多孔膜(孔径0.5μm、厚さ50μm)と薄葉紙(坪
量22g/m2)との間にサンドイッチ状にはさみ、エンボス
ロール加工機を用いて105℃の温度条件で加圧接着した
後、薄葉紙をはぎ取り、超高分子量ポリエチレン微多孔
膜とポリエチレン多孔膜からなる積層膜を得た。この積
層膜のテスト結果を表1に示す。
比較例1 実施例4において、エンボスロール加工機の代わりにカ
レンダー処理機を用いた以外は、実施例4と同様にして
積層膜を得た。この積層膜のテスト結果を表1に示す。
比較例2 実施例6において、エンボスロール加工機の代わりにカ
レンダー処理機を用いた以外は、実施例6と同様にして
積層膜を得た。この積層膜のテスト結果を表1に示す。
表1に示したように、参考例の微多孔膜に比べて、実施
例1〜7で示した積層膜は、厚さが増加し、微少変形強
度及び破断強度のいずれも著しく向上していることがわ
かる。これにより取扱いが容易になった。また、微多孔
膜の孔径の大きさに起因する蛋白質阻止等も積層加工に
よりほとんど変化していないことがわかる。さらに有効
膜面積に起因する純水透過速度の低下も少なく、優れた
積層膜が得られることが確認された。
これに対し、全面熱融着した比較例1〜2では、有効膜
面積が著しく低下するため純水透過速度の低下も著し
く、良好な積層膜は得られていない。
[発明の効果] 本発明の積層膜は間欠的な部分で融着した超高分子量ポ
リオレフィン微多孔膜と補強用多孔性基材からなり、微
多孔膜の孔径及び空孔率は実質的に損なわれていない。
また十分な接合強度でもって多孔性基材に接合されてい
るので、積層膜全体は十分な破断強度を有する。そのた
め本発明の積層膜は取扱いが容易であり、電池セパレー
タ、電解コンデンサー用隔膜、超精密濾過膜、限界濾過
膜、透湿防水衣料用多孔質膜などの各種用途に好適であ
る。

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】超高分子量ポリオレフィン微多孔膜と少な
    くとも1層の補強用多孔性基材とからなり、前記微多孔
    膜の孔径及び空孔率が実質的に変化しないように、前記
    微多孔膜と前記補強用多孔性基材とが間欠的な部分で融
    着されていることを特徴とする積層膜。
  2. 【請求項2】特許請求の範囲第1項に記載の積層膜にお
    いて、前記超高分子量ポリオレフィン微多孔膜が0.001
    〜0.5μmの貫通孔径及び30%以上の空孔率を有するこ
    とを特徴とする積層膜。
  3. 【請求項3】特許請求の範囲第1項又は第2項に記載の
    積層膜において、前記超高分子量ポリオレフィンが5×
    105以上の重量平均分子量を有することを特徴とする積
    層膜。
  4. 【請求項4】特許請求の範囲第1項乃至第3項のいずれ
    かに記載の積層膜において、前記補強用多孔性基材が織
    布、不織布、多孔性膜、多孔性シート又は多孔性フィル
    ムからなることを特徴とする積層膜。
  5. 【請求項5】特許請求の範囲第1項乃至第4項のいずれ
    かに記載の積層膜において、前記微多孔膜と前記補強用
    多孔性基材とがエンボス加工により融着されていること
    を特徴とする積層膜。
JP62111900A 1987-05-08 1987-05-08 積層膜 Expired - Lifetime JPH0698729B2 (ja)

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