JP6550655B2 - Polyphthalamide meltblown nonwoven fabric, method for producing the same, and separator for heat-resistant battery - Google Patents
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Description
本発明は、ポリフタルアミド(以下、「PPA」ということがある。)を原料とするメルトブロー不織布、該メルトブロー不織布の製造方法および耐熱性電池用セパレータに関するものであり、さらに、詳しくは、液体フィルター、エアフィルター等の分離膜としても利用することができ、特に、耐熱性および耐収縮性に優れ、さらに電解液の保持性および吸液速度に優れた電池用セパレータの提供可能なメルトブロー不織布に関するものである。 The present invention relates to a meltblown nonwoven fabric made of polyphthalamide (hereinafter sometimes referred to as "PPA"), a method for producing the meltblown nonwoven fabric and a separator for a heat resistant battery, and more particularly, a liquid filter And a melt-blown nonwoven fabric that can be used as a separation membrane for an air filter, etc., and in particular, can be provided as a battery separator excellent in heat resistance and shrinkage resistance, and further in electrolyte retention and liquid absorption speed It is.
近年、不織布は、多種多様の用途に使用されるようになり、また、その用途もさらに著しく拡大されてきている。従来は、その特性を生かし液体フィルター、エアフィルター等の各種分離膜に広く使用されてきたが、その後、紙おむつ、生理用品等の衛生材料の基布、断熱材、衣料用素材、医療用素材等にも使用されるようになり、さらには、電池の開発に伴い一次電池、二次電池、電解コンデンサー、電気二重キャパシタ等の電気化学基体(以下、「電池」と称することがある。)の構成部品であるセパレータとして使用されるに至っている。特に、リチウム電池においては、有機溶媒に不溶で電解質および電極活物質の安定なセパレータとして多用されている。 In recent years, non-woven fabrics have been used for a wide variety of applications, and their applications have been further expanded significantly. In the past, it has been widely used for various separation membranes such as liquid filters and air filters, taking advantage of its characteristics, but after that, base fabrics for sanitary materials such as paper diapers and sanitary products, heat insulation materials, materials for clothing, medical materials, etc. Also, with the development of batteries, they are also used for electrochemical substrates (sometimes referred to as “battery” hereinafter) such as primary batteries, secondary batteries, electrolytic capacitors, and electric double capacitors. It has been used as a separator that is a component. In particular, lithium batteries are frequently used as separators that are insoluble in organic solvents and are stable for electrolytes and electrode active materials.
電池の構成部品としてのセパレータは、正極材と負極材との隔離、短絡防止、電解質またはイオンの通過、電解液の吸収保持による電解液と電極の密接な接触維持等の機能を有することが求められている。 A separator as a component of a battery is required to have functions such as separation between a positive electrode material and a negative electrode material, prevention of short circuit, passage of electrolyte or ion, absorption of electrolytic solution and maintenance of close contact between electrolyte solution and electrode. It has been.
しかしながら、電池の内部および外部で短絡が起きた場合、大電流が放電され、それによりジュール熱や化学反応熱により、対向する正極及び負極電極間のセパレータが熱収縮するかまたはセパレータが熱溶融して、正負電極が直接ショートする結果、内部ショートが拡大し、多量の熱を周囲に放出し、多量のガスが噴出するという問題があった。従来用いられてきているポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン不織布によるセパレータは、ポリエチレンの融点が125〜140℃ 程度であり、ポリプロピレンの融点が160〜180℃ 程度であるため、高温での長時間使用においては、セパレータの溶解による短絡がおこりやすいという問題があった。このような問題点を解決するためには、イオンの通過を阻止することによって電流を遮断する機能であるシャットダウン機能や、
セパレータ自身が収縮したりしない、または溶融しない機能を有することが望まれていた。
However, when a short circuit occurs inside and outside the battery, a large current is discharged, which causes Joule heat or chemical reaction heat to cause thermal contraction of the separator between the positive and negative electrodes facing each other, or the separator heat melts. As a result, the short circuit between the positive and negative electrodes results in a direct short circuit, resulting in the expansion of the internal short circuit and the discharge of a large amount of heat to the surroundings, resulting in the discharge of a large amount of gas. Conventional separators made of polyolefin nonwoven fabrics such as polyethylene and polypropylene have a melting point of polyethylene of about 125 to 140 ° C and a melting point of polypropylene of about 160 to 180 ° C. There was a problem that short circuiting due to dissolution of the separator was likely to occur. In order to solve such a problem, a shutdown function that is a function of blocking current by blocking the passage of ions,
It has been desired that the separator itself has a function of not shrinking or melting.
かかる問題点を解決する電池用セパレータとして耐熱性樹脂を用いたメルトブロー不織布が開発されている。例えば、特開2004−47280号公報(以下、「特許文献1」という。)には耐熱性樹脂である融点約280℃のポリフェニレンサルファイド(PPS)を原料樹脂としたメルトブロー不織布セパレータが記載されている。また、特表2011−503880号公報(以下、「特許文献2」という。)には、キャパシタの構成部品としてポリアミド製ナノファイバの多孔質層を含むセパレータが記載されている。 Melt blown nonwoven fabrics using heat-resistant resins have been developed as battery separators that solve these problems. For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-47280 (hereinafter referred to as “Patent Document 1”) describes a melt blown nonwoven fabric separator using polyphenylene sulfide (PPS) having a melting point of about 280 ° C., which is a heat resistant resin, as a raw material resin. . Japanese Patent Application Publication No. 2011-503880 (hereinafter referred to as “Patent Document 2”) describes a separator including a porous layer of polyamide nanofibers as a component of a capacitor.
しかしながら、従来提案されている耐熱性樹脂を用いた電池用セパレータは、熱収縮率がなお大きいという難点があり、また、熱収縮率が低いものであっても電解液の吸収性が不足しており、電池生産性が良好ではないという問題点がある。また、特許文献2に示す繊維径が細いナノファイバについては、電池用セパレータとしての強度が不足しており、安全性、電池生産性が十分でないという問題がある。 However, the battery separator using the heat-resistant resin, which has been proposed conventionally, has the disadvantage that the thermal contraction rate is still large, and the absorption of the electrolyte is insufficient even if the thermal contraction rate is low. There is a problem that the battery productivity is not good. In addition, the nano fiber having a thin fiber diameter shown in Patent Document 2 has a problem that the strength as a battery separator is insufficient, and safety and battery productivity are not sufficient.
かかる状況下において、さらに熱収縮率が低く、かつ、電解液の吸液速度の速い電池用セパレータの提供可能なメルトブロー不織布の開発が望まれてきた。 Under such circumstances, development of a melt-blown nonwoven fabric capable of providing a battery separator having a low thermal contraction rate and a high liquid absorption speed of the electrolyte has been desired.
従って、本発明の課題の第1は、引張強度、通気性および熱収縮率のバランスに優れると共に、耐熱性に優れ、熱収縮率が低く、かつ電解液の吸液速度が速い電池用セパレータとして提供可能なメルトブロー不織布および該メルトブロー不織布の製造方法ならびに該メルトブロー不織布からなり、耐熱性が優れた電池用セパレータを提供することにある。 Therefore, the first object of the present invention is as a battery separator which is excellent in balance of tensile strength, air permeability and thermal contraction rate, excellent in heat resistance, low in thermal contraction rate, and fast in liquid absorption speed. A melt-blown nonwoven fabric that can be provided, a method for producing the melt-blown nonwoven fabric, and a battery separator comprising the melt-blown nonwoven fabric and having excellent heat resistance.
また、本発明の課題の第2は、環境に与える負荷の少ないメルトブロー不織布および該メルトブロー不織布を用いた電池用セパレータを提供することにある。 A second object of the present invention is to provide a melt-blown nonwoven fabric with a small impact on the environment and a battery separator using the melt-blown nonwoven fabric.
そこで、本発明者らは、前記の本発明の課題を解決するため、鋭意検討を重ねた結果、不織布の製造用原料樹脂がキイファクターであることを突き止め、原料樹脂として、ポリフタルアミド樹脂を用いることにより耐熱性メルトブロー不織布を実現でき、これにより、前記課題を解決できることに着目し、かかる知見に基いて本発明に想到するに至った。 Then, the inventors of the present invention conducted intensive studies to solve the above-mentioned problems of the present invention, and as a result, identified that the raw material resin for manufacturing the nonwoven fabric is a key factor, and used polyphthalamide resin as the raw material resin. By using it, it is possible to realize a heat-resistant melt-blown non-woven fabric, and by focusing on the fact that the above-mentioned problems can be solved, the present invention has been conceived based on such findings.
また、植物由来のバイオマス度の高いポリフタルアミド樹脂に着目し、これを原料樹脂として用いることにより、従来の石油系プラスチックによる不織布と同程度の性能を保ちながら、環境負荷の少ない不織布、具体的には、高温使用環境下においても性能が安定した性状を有する不織布を提供することができるとの知見を得ることができ、かかる知見に基いて本発明に到達した。 Also, by focusing on polyphthalamide resin with a high degree of biomass derived from plants and using it as a raw material resin, it is possible to maintain non-woven fabrics with the same degree of performance as conventional non-woven fabrics made of petroleum plastic, In the present invention, it was possible to obtain the finding that a non-woven fabric having properties stable in performance even in a high temperature use environment can be obtained, and the present invention was achieved based on such finding.
かくして、本発明に係る第1の発明によれば、ポリフタルアミド樹脂からなるメルトブロー不織布が提供される。 Thus, according to the first invention of the present invention, there is provided a melt blown nonwoven fabric made of polyphthalamide resin.
また、本発明に係る第2の発明によれば、第1の発明において、前記ポリフタルアミド樹脂は、JIS K7210に準拠して,荷重5.0Kg、温度300℃において測定されるメルトフローレートが10〜1000g/10分であり、かつ、テレフタルアミド単位の含有量が50モル%以上であるメルトブロー不織布が提供される。 Further, according to a second aspect of the present invention, in the first aspect, the polyphthalamide resin has a melt flow rate measured at a load of 5.0 kg and a temperature of 300 ° C. in accordance with JIS K 7210. There is provided a melt blown nonwoven fabric having a content of 10 to 1000 g / 10 minutes and a terephthalamide unit content of 50 mol% or more.
また、本発明の第3の発明によれば、第1または第2の発明において、平均繊維径が1〜30μm、目付が5〜300g/m2、通気度が0.1〜200cc/cm2/sec、厚みが10〜1000μm、引張強度が1〜50N/25mm幅、引張伸度が1〜100%であるメルトブロー不織布が提供される。 Further, according to the third invention of the present invention, in the first or second invention, the average fiber diameter is 1 to 30 μm, the fabric weight is 5 to 300 g / m 2 , and the air permeability is 0.1 to 200 cc / cm 2. / Sec, a thickness of 10 to 1000 μm, a tensile strength of 1 to 50 N / 25 mm width, and a melt blown nonwoven fabric having a tensile elongation of 1 to 100% are provided.
また、本発明に係る第4の発明によれば、第1〜第3のいずれかの発明において、押圧成形処理により、熱収縮率、引張強度、引張伸度および電解液吸液速度がさらに改善された電池用セパレータとして提供が可能なメルトブロー不織布が提供される。 Further, according to the fourth invention of the present invention, in any of the first to third inventions, the thermal contraction rate, the tensile strength, the tensile elongation, and the electrolyte absorption speed are further improved by the press forming process. A melt-blown nonwoven fabric that can be provided as a battery separator is provided.
また、本発明に係る第5の発明によれば、第4の発明において、前記熱収縮率は、200℃の加熱処理後において、横方向および縦方向のいずれかが1.5%以下であり、かつ、前記電解液プロピレンカーボネートの吸液速度が、310秒以下であるメルトブロー不織布が提供される。 Further, according to a fifth aspect of the present invention, in the fourth aspect, the thermal shrinkage is 1.5% or less in either of the lateral direction and the longitudinal direction after the heat treatment at 200 ° C. And the melt blown nonwoven fabric whose liquid absorption rate of the said electrolyte solution propylene carbonate is 310 seconds or less is provided.
また、本発明に係る第6の発明によれば、第4の発明において、前記押圧成形処理が、ガラス転移温度以上であり、かつ融点以下の温度におけるカレンダー加工処理であるメルトブロー不織布が提供される。 Further, according to a sixth aspect of the present invention, there is provided the melt-blown nonwoven fabric according to the fourth aspect, wherein the press forming process is a calendering process at a temperature above the glass transition temperature and below the melting point. .
また、本発明に係る第7の発明によれば、前記第6の発明において、前記カレンダー加工処理は、前記メルトブロー不織布を、二対のロール材質を有するカレンダーロールの間に挟持し加圧する手段であって、ロール材質が、金属/金属または金属/弾性体であるメルトブロー不織布が提供される。 Further, according to the seventh invention according to the present invention, in the sixth invention, the calendering process is a means for sandwiching and pressing the melt-blown nonwoven fabric between calender rolls having two pairs of roll materials. There is provided a melt blown nonwoven fabric in which a roll material is metal / metal or metal / elastic body.
また、本発明に係る第8の発明によれば、ポリフタルアミド樹脂を260〜380℃の押出機温度で溶融した後、300〜380℃に設定したダイに送り込み、ダイノズルから吐出させると同時に、260〜380℃の高温エアブローガスにより延伸して微細繊維化し、ノズルから離れた位置に設置したコレクタに補集することからなるメルトブロー不織布の製造方法が提供される。 Further, according to the eighth aspect of the present invention, after melting the polyphthalamide resin at an extruder temperature of 260 to 380 ° C., it is fed into a die set to 300 to 380 ° C. and discharged from the die nozzle at the same time. There is provided a method for producing a melt-blown nonwoven fabric comprising drawing by means of a high-temperature air-blowing gas at 260 to 380 ° C. to form fine fibers, and collecting the fine fibers in a collector placed at a position distant from the nozzles.
また、本発明に係る第9の発明によれば、ポリフタルアミド樹脂を260〜380℃の押出機温度で溶融した後、300〜380℃に設定したダイに送り込み、ダイノズルから吐出させると同時に、260〜380℃の高温エアブローガスにより延伸して微細繊維化し、ノズルから離れた位置に設置したコレクタに捕集し、得られたメルトブロー不織布を、ガラス転移温度以上であり、かつ融点以下の温度におけるカレンダー加工処理に供することからなるメルトブロー不織布の製造方法が提供される。
方法が提供される。
According to the ninth aspect of the present invention, after the polyphthalamide resin is melted at an extruder temperature of 260 to 380 ° C., it is fed into a die set at 300 to 380 ° C. and discharged from the die nozzle. Stretched with a high-temperature air blow gas of 260 to 380 ° C. to form fine fibers, collected in a collector installed at a position away from the nozzle, and the obtained melt blown nonwoven fabric is at a temperature not lower than the glass transition temperature and not higher than the melting point. There is provided a method of making a meltblown nonwoven comprising subjecting to a calendering process.
A method is provided.
また、本発明に係る第10の発明によれば、第8または第9の発明において、前記ダイは、ノズル孔径が0.1〜1mmφ、ノズル個数が5〜15個/cmであり、前記ノズルから吐出されるポリフタルアミド樹脂量が0.05〜3g/min/holeであるメルトブロー不織布の製造方法が提供される。 Further, according to a tenth aspect of the present invention, in the eighth or ninth aspect, the die has a nozzle hole diameter of 0.1 to 1 mm and a number of nozzles of 5 to 15 / cm, and the nozzle A method for producing a melt blown nonwoven fabric in which the amount of the polyphthalamide resin discharged from is 0.05 to 3 g / min / hole is provided.
また、本発明に係る第11の発明によれば、第1〜第7のいずれかの発明に係るメルトブロー不織布からなる電池用セパレータが提供される。 Moreover, according to the eleventh aspect of the present invention, there is provided a battery separator comprising the melt blown nonwoven fabric according to any one of the first to seventh aspects.
本発明によれば、メルトブロー不織布の製造用原料樹脂として、ポリフタルアミド樹脂を用いることにより、特定の耐熱特性を有すると共に通気性に優れたメルトブロー不織布を得ることができ、また、ガラス転移温度以上の温度で押圧成形処理に供することにより、さらに、熱収縮率が低く、かつ電解液吸液速度の速いメルトブロー不織布を提供することができ、耐熱性電池用セパレータとして好適に用いることができる。かかる耐熱性セパレータは、短絡などの発熱時において、溶融破断(メルトダウン)のような爆発的暴走を防止することができ、安全性に優れたものであり、高エネルギー密度の電池用セパレータとして使用することができる。また、植物由来のバイオマス度の高いポリフタルアミド樹脂を原料樹脂として用いることにより、石油由来の原料のものより環境負荷が低く、燃焼
時に有害なガス等を発生することがなく、安全面での著しく顕著な効果を奏する。
According to the present invention, by using a polyphthalamide resin as a raw material resin for producing a meltblown nonwoven fabric, it is possible to obtain a meltblown nonwoven fabric having specific heat resistance and excellent air permeability, and having a glass transition temperature or higher. By subjecting it to a pressure molding treatment at a temperature, a melt blown nonwoven fabric having a low thermal shrinkage rate and a high electrolyte solution absorption rate can be provided, and can be suitably used as a separator for heat-resistant batteries. Such heat-resistant separators can prevent explosive runaway such as melt rupture (meltdown) during heat generation such as short circuit, and are excellent in safety, and used as separators for high energy density batteries can do. In addition, by using a plant-derived polyphthalamide resin having a high degree of biomass as a raw material resin, the environmental load is lower than that of a petroleum-derived raw material, and harmful gases and the like are not generated at the time of combustion. It produces remarkable effects.
本発明によれば、前記の通り、ポリフタルアミド樹脂からなるメルトブロー不織布であって、平均繊維径が1〜30μm、目付が5〜300g/m2、通気度が0.1〜200cc/m2/sec、厚みが10〜1000μm、引張強度が1〜50N/25mm幅、引張伸度が1〜100%であり、温度200℃における熱収縮率が、縦方向および横方向のいずれかにおいて、5%以下であり、かつ、電解液プロピレンカーボネートの吸液速度が10秒以下の物性を有するメルトブロー不織布が提供され、押圧成形処理により、引張強度、通気性、熱収縮率および電解液の吸液速度がさらに改善されたメルトブロー不織布が提供される。 According to the present invention, as described above, it is a meltblown nonwoven fabric comprising polyphthalamide resin, having an average fiber diameter of 1 to 30 μm, a basis weight of 5 to 300 g / m 2 , and an air permeability of 0.1 to 200 cc / m 2. / Sec, thickness is 10 to 1000 μm, tensile strength is 1 to 50 N / 25 mm width, tensile elongation is 1 to 100%, and thermal contraction rate at a temperature of 200 ° C. is 5 in either the longitudinal direction or the transverse direction %, And a melt blown nonwoven fabric having physical properties of an electrolyte solution propylene carbonate absorption rate of 10 seconds or less is provided, and by press molding treatment, tensile strength, air permeability, heat shrinkage rate and electrolyte solution absorption rate are provided. A melt blown nonwoven fabric is provided which is further improved.
また、本発明によれば、ポリフタルアミド樹脂を260〜380℃の押出機で溶融した後、300〜380℃に設定したダイに送り込み、ダイノズルから吐出させると同時に、260〜380℃の高温エアブローガスにより、延伸して微細繊維化し、ノズルから離れた位置に設置したコレクタに補集することからなるメルトブロー不織布の製造方法が提供される。 Further, according to the present invention, after the polyphthalamide resin is melted by the extruder at 260 to 380 ° C., it is fed into a die set to 300 to 380 ° C. and discharged from the die nozzle, and at the same time the high temperature air blow at 260 to 380 ° C. A method for producing a meltblown nonwoven fabric is provided, which comprises drawing by means of gas into fine fibers and collecting it in a collector located at a distance from the nozzles.
さらに、本発明によれば、ポリフタルアミド樹脂を260〜380℃の押出機で溶融した後、300〜380℃に設定したダイに送り込み、ダイノズルから吐出させると同時に、260〜380℃の高温エアブローガスにより、延伸して微細繊維化し、ノズルから離れた位置に設置したコレクタに補集し、得られたメルトブロー不織布をガラス転移温度以上の温度におけるカレンダー加工処理に供することからなるメルトブロー不織布の製造方法が提供される。 Furthermore, according to the present invention, the polyphthalamide resin is melted by an extruder at 260 to 380 ° C., and then fed into a die set to 300 to 380 ° C. and discharged from the die nozzle at the same time as high temperature air blow at 260 to 380 ° C. A method for producing a melt-blown nonwoven fabric comprising drawing by means of gas into fine fibers and collecting in a collector located at a distance from the nozzles and subjecting the obtained melt-blown nonwoven fabric to calendering at a temperature above the glass transition temperature. Is provided.
本発明に係るメルトブロー不織布は、各種用途に使用することができる。具体的には、前記メルトブロー不織布からなる液体フィルター、例えば、工業用フィルター、飲料用フィルター及び燃料用フィルターが提供される。また、エアフィルターとしては、例えば、中性能フィルター、空気清浄機用フィルター、自動車キャビン用フィルター等が提供される。さらに、医療用および衛生素材、例えば、マスク等を提供することができる。特に、本発明によれば、前記カレンダー加工処理を経たメルトブロー不織布からなる耐熱性に優れた電池用セパレータが提供される。 The melt-blown nonwoven fabric according to the present invention can be used in various applications. Specifically, liquid filters made of the melt blown nonwoven fabric, for example, industrial filters, beverage filters, and fuel filters are provided. Further, as the air filter, for example, a medium performance filter, an air purifier filter, an automobile cabin filter, and the like are provided. Additionally, medical and hygiene materials such as masks can be provided. In particular, according to the present invention, there is provided a battery separator having excellent heat resistance made of a melt blown nonwoven fabric that has undergone the calendar processing.
以下、本発明について詳細に説明する。
1.ポリフタルアミド樹脂
本発明に係るメルトブロー不織布の製造原料樹脂として用いられるポリフタルアミド樹脂はJISK7210に準拠して、荷重5.0kg、300℃において測定されるメルトフローレートが10〜1000g/10分であるものが好ましい。また、溶融粘度としては、100〜1000Pa・sであるものが好ましい。かかるポリフタルアミド樹脂は、下記の構造式により表されるテレフタルアミド単位:
(i)
を50モル%以上含有することが融点を制御する観点から好ましい。 式(i)中、Rは炭素数1−14の直鎖状または分岐状の脂肪族炭化水素基であり、置換または非置換脂肪族基を含む。脂肪族炭化水素基の具体例として、テトラメチレン、ヘキサメチレン、ドデカメチレン等およびこれらのアルキル置換類似体、例えば、2−メチルペンタメチレン、2,4−ジメチルヘキサメチレン、2,2,4−トリメチルヘキサメチレン等が挙げられる。特に好ましい脂肪族炭化水素基は、ヘキサメチレン基である。また、ポリフタルアミド樹脂には、式(i)で表されるテレフタルアミド単位のほかに、次の式(ii)で表されるイソフタルアミド単位も含有する。
Hereinafter, the present invention will be described in detail.
1. Polyphthalamide resin
The polyphthalamide resin used as the raw material resin for producing the melt blown nonwoven fabric according to the present invention preferably has a melt flow rate of 10 to 1000 g / 10 min measured at a load of 5.0 kg and 300 ° C. in accordance with JISK7210. . Moreover, as melt viscosity, what is 100-1000 Pa.s is preferable. Such polyphthalamide resins have terephthalamide units represented by the following structural formula:
(I)
Is preferably contained in an amount of 50 mol% or more from the viewpoint of controlling the melting point. In formula (i), R is a linear or branched aliphatic hydrocarbon group having 1 to 14 carbon atoms, and includes a substituted or unsubstituted aliphatic group. Specific examples of the aliphatic hydrocarbon group, tetramethylene, hexamethylene, dodecamethylene, and the like, and their alkyl-substituted analogs such as 2-methyl pentamethylene, 2, 4-dimethyl hexamethylene, 2, 2, 4-trimethyl Hexamethylene etc. are mentioned. A particularly preferred aliphatic hydrocarbon group is a hexamethylene group. In addition to the terephthalamide unit represented by the formula (i), the polyphthalamide resin also contains an isophthalamide unit represented by the following formula (ii).
(ii)
かかるポリフタルアミド樹脂は、テレフタルアミド単位(i)およびイソフタルアミド単位(ii)等を含有するものであり、例えば、ヘキサメチレンテレフタルアミド−イソフタルアミド−アジポアミドターポリマー(モル比65;25;10)を例示することができる。市販品としてアルケマ社製リルサン(登録商標)HTを入手することができ、融点255〜260℃(DSCによる。)、ガラス転移温度(Tg)90℃(DSCによる。)を有するものである。また、アモコケミカル社製Amodelポリフタルアミドを入手することもできる。
(Ii)
Such polyphthalamide resins contain terephthalamide units (i), isophthalamide units (ii) and the like, for example, hexamethylene terephthalamide-isophthalamide-adipamide terpolymer (molar ratio 65; 25; 10) can be illustrated. Rilsan (registered trademark) HT manufactured by Arkema Co., Ltd. can be obtained as a commercial product, and has a melting point of 255 to 260 ° C. (according to DSC) and a glass transition temperature (Tg) of 90 ° C. (according to DSC). In addition, Amodel polyphthalamide manufactured by Amoco Chemical Co., Ltd. can also be obtained.
2.ポリフタルアミド樹脂のメルトブロー不織布
本発明に係るポリフタルアミド樹脂の不織布は、メルトブロー法により製造されるメルトブロー不織布である。
2. Polyphthalamide resin melt blown nonwoven fabric The polyphthalamide resin nonwoven fabric according to the present invention is a melt blown nonwoven fabric produced by a melt blow method.
メルトブロー法として、溶融したポリフタルアミド樹脂を、一列に配列した複数のノズル孔から溶融ポリマーとして吐出し、オリフィスダイに隣接して設置された噴射ガス口から高温高速空気を噴射させて吐出された溶融ポリマーを細繊維化し、繊維流を捕集する方法が採用されるが、原料樹脂のポリフタルアミドは、高融点であり、分解温度と接近しているため、製造条件は制御される必要があり、次の方法が採用される。 As a melt-blowing method, molten polyphthalamide resin was discharged as a molten polymer from a plurality of nozzle holes arranged in a row, and high-speed high-speed air was jetted and discharged from a jet gas port installed adjacent to an orifice die. Although the method of making the molten polymer into fine fibers and collecting the fiber stream is adopted, polyphthalamide as the raw material resin has a high melting point and is close to the decomposition temperature, so the manufacturing conditions need to be controlled. Yes, the following method is adopted.
ポリフタルアミド樹脂を260〜380℃の押出機温度で溶融した後、300 〜380℃に設定したダイに送り込み、ダイノズルから吐出させると同時に、260〜380℃の高温エアブローガスにより、延伸して微細繊維化しノズルから離れた位置に設置したコレクタに補集しさらに好ましくは、得られたメルトブロー不織布をガラス転移温度以上の温度におけるカレンダー加工処理に供される。 After the polyphthalamide resin is melted at an extruder temperature of 260 to 380 ° C, it is fed into a die set at 300 to 380 ° C and discharged from the die nozzle, and at the same time, drawn by a high temperature air blow gas of 260 to 380 ° C The meltblown nonwoven fabric obtained by collecting in a collector placed at a position distant from the fiberizing nozzle and further preferably, is subjected to calendering at a temperature above the glass transition temperature.
メルトブロー装置ダイにおいて、ノズル孔は、0.1〜1mmφが好ましく、0.2〜0.8mmφがさらに好ましい。ノズル個数は、5〜20個/cmであるのが好ましく、10〜15個/cmがさらに好ましい。ノズル孔径が0.1mmφ未満では、吐出樹脂圧力が高くなり、一方、ノズル孔径が1mmφを超えると、繊維を細くすることが出来ない。また、ノズル個数が5個/cm未満では、ポリフタルアミド樹脂の吐出圧力が高くなり、一方、ノズル個数が20個/cmを超えると、繊維同士が融着しすぎて、不織布の均一性を失うこととなる。 In the melt blow device die, the nozzle hole is preferably 0.1 to 1 mmφ, and more preferably 0.2 to 0.8 mmφ. The number of nozzles is preferably 5 to 20 / cm, and more preferably 10 to 15 / cm. When the nozzle hole diameter is less than 0.1 mmφ, the discharge resin pressure is increased. On the other hand, when the nozzle hole diameter exceeds 1 mmφ, the fibers cannot be thinned. When the number of nozzles is less than 5 / cm, the discharge pressure of the polyphthalamide resin is high, while when the number of nozzles is more than 20 / cm, the fibers are fused too much, and uniformity of the non-woven fabric is increased. You will lose.
また、メルトブロー法の製造条件としては、PPA樹脂を原料とするメルトブロー不織布の製造において、押出温度は、260〜380℃、好ましくは300〜350℃、また、ダイの温度は、300〜380℃、好ましくは320〜350℃、さらに、高速空気温度は、260℃〜380℃、好ましくは300〜350℃である。押出機・ダイおよびエア温度が前記範囲を下回ると、吐出樹脂圧力が高くなり、また、細い繊維が得られない。
一方、前記範囲を超えると、樹脂のゲル化が促進され、劣化する。また、コンベアネットを傷つけるばかりでなく、できた不織布のコンベアネットからの剥離性が悪く、安定的に生産することが困難である。
Moreover, as manufacturing conditions of the melt-blowing method, in the production of melt-blown nonwoven fabric using PPA resin as a raw material, the extrusion temperature is 260 to 380 ° C, preferably 300 to 350 ° C, and the die temperature is 300 to 380 ° C, Preferably it is 320-350 degreeC, Furthermore, high-speed air temperature is 260-380 degreeC, Preferably it is 300-350 degreeC. When the extruder / die and the air temperature are below the above ranges, the discharge resin pressure becomes high and fine fibers cannot be obtained.
On the other hand, when the above range is exceeded, gelation of the resin is promoted and deteriorates. Moreover, not only does the conveyor net be damaged, but the peelability of the resulting nonwoven fabric from the conveyor net is poor, making it difficult to produce stably.
樹脂吐出量は、0.05〜3g/min/hole、好ましくは0.1〜1g/min/holeである。樹脂吐出量が少ないと吐出樹脂圧力が前記範囲を下回るとともに均一な不織布が得られず、一方、樹脂吐出量が前記範囲を超えると、吐出樹脂圧力が高くなるとともに、細い繊維が得られない。 The resin discharge amount is 0.05 to 3 g / min / hole, preferably 0.1 to 1 g / min / hole. When the resin discharge amount is small, the discharge resin pressure falls below the above range and a uniform non-woven fabric can not be obtained . On the other hand, when the resin discharge amount exceeds the above range, the discharge resin pressure becomes high and thin fibers are not obtained.
また、本発明に係るポリフタルアミド樹脂からなるメルトブロー不織布は、次の物性を有していることが好ましい。 Moreover, it is preferable that the melt blown nonwoven fabric which consists of polyphthalamide resin which concerns on this invention has the following physical property.
(1)平均繊維径
本発明に係るポリフタルアミド樹脂からなるメルトブロー不織布の平均繊維径は、1〜30μm、好ましくは1.5〜20μm、さらに好ましくは2〜8μmである。平均繊維径が1μm未満では、強度が弱くなるばかりではなく、電池用セパレータに用いた際には、電池の内部抵抗が大きくなりすぎる。一方、平均繊維径が30μmを超えると、電池用セパレータに用いた際には、内部短絡の危険性が高まる。
(1) Average fiber diameter The average fiber diameter of the melt blown nonwoven fabric made of the polyphthalamide resin according to the present invention is 1 to 30 µm, preferably 1.5 to 20 µm, and more preferably 2 to 8 µm. When the average fiber diameter is less than 1 μm, not only the strength is weakened, but also the internal resistance of the battery is too large when it is used for a battery separator. On the other hand, when the average fiber diameter exceeds 30 μm, the risk of internal short circuit increases when used in a battery separator.
(2)目付
本発明に係るポリフタルアミド樹脂からなるメルトブロー不織布の目付は、5〜300g/m2、好ましくは7〜80g/m2、さらに好ましくは10〜50g/m2である。目付が5g/m2未満では、強度が不足し、アセンブリでの信頼性が低下し、電池用セパレータに用いた場合、ショ−トが起こりやすいため好ましくない。一方、目付が300g/m2を超えると、不織布製造時にケバ立ちが起こりやすくなり、安定的に生産することが困難となる。また、電池用セパレータに用いた場合、内部抵抗が上昇するおそれがある。
(2) Basis weight The basis weight of the meltblown nonwoven fabric comprising the polyphthalamide resin according to the present invention is 5 to 300 g / m 2 , preferably 7 to 80 g / m 2 , and more preferably 10 to 50 g / m 2 . When the basis weight is less than 5 g / m 2 , the strength is insufficient, the reliability in the assembly is lowered, and when used for a battery separator, a short circuit is likely to occur, which is not preferable. On the other hand, when the weight per unit area exceeds 300 g / m 2 , fluffing tends to occur at the time of nonwoven fabric production, and stable production becomes difficult. In addition, when used as a battery separator, the internal resistance may be increased.
(3)通気度
本発明に係るポリフタルアミド樹脂からなるメルトブロー不織布の通気度は、0.1〜200cc/cm2/sec、好ましくは0.3〜150cc/cm2/secであり、カレンダー加工処理により、さらに好ましくは1〜50cc/cm2/secである。通気度が0.1cc/cm2/sec未満であると、電池用セパレータに用いた場合、内部抵抗が大きく、一方、200cc/cm2/secを超えると、電池用セパレータに用いた場合、内部短絡の危険性が高まる。
(3) Air Permeability The air permeability of the meltblown non-woven fabric comprising the polyphthalamide resin according to the present invention is 0.1 to 200 cc / cm 2 / sec, preferably 0.3 to 150 cc / cm 2 / sec, and calendered More preferably, it is 1-50 cc / cm < 2 > / sec by a process. When the air permeability is less than 0.1 cc / cm 2 / sec, when used as a battery separator, the internal resistance is large, while when it exceeds 200 cc / cm 2 / sec, when used as a battery separator, the inside The risk of shorting is increased.
(4)厚み
本発明に係るポリフタルアミド樹脂からなるメルトブロー不織布の厚みは、1〜1000μm、好ましくは5〜150μm、さらに好ましくは10〜40μmである。厚さが1μm未満であると、電池用セパレータに用いた場合、内部短絡の危険性が高まり、一方、500μmを超えると、電池容量が低下するおそれがある。
(4) Thickness The thickness of the meltblown nonwoven fabric made of the polyphthalamide resin according to the present invention is 1-1000 μm, preferably 5-150 μm, more preferably 10-40 μm. When the thickness is less than 1 μm, the risk of an internal short circuit increases when used for a battery separator, while when it exceeds 500 μm, the battery capacity may decrease.
(5)引張強度
本発明に係るポリフタルアミド樹脂からなるメルトブロー不織布の引張強度は、2〜50N/25mm幅であり、好ましくは、10〜40N/25mm幅である。引張強度が2N/25mm幅未満であれば、アセンブリ時に切れが生じ易くなる。一方、引張強度が50N/25mm幅を超えると、極端に伸度が低下し、アセンブルする際に自由度の低下から不具合が生じやすくなる。
(5) Tensile strength The tensile strength of the melt-blown nonwoven fabric comprising the polyphthalamide resin according to the present invention is 2 to 50 N / 25 mm wide, preferably 10 to 40 N / 25 mm wide. If the tensile strength is less than 2 N / 25 mm width, breakage is likely to occur during assembly. On the other hand, when the tensile strength exceeds 50 N / 25 mm width, the elongation decreases extremely, and a defect is apt to occur due to a decrease in the degree of freedom when assembling.
(6)引張伸度
本発明に係るポリフタルアミド樹脂からなるメルトブロー不織布の引張伸度は、1〜100%であり、好ましくは5〜80%であり、カレンダー加工処理により、さらに好ましくは10〜50%である。引張伸度が1%未満であれば、アセンブリ時に切れが生じ易くなる。一方、引張伸度が100%以上であると、ネッキングが起こりやすく、安定してアセンブルすることができにくくなる。
(6) Tensile elongation The tensile elongation of the melt-blown nonwoven fabric comprising the polyphthalamide resin according to the present invention is 1 to 100%, preferably 5 to 80%, and more preferably 10 to 10 by calendering. 50%. If the tensile elongation is less than 1%, breakage tends to occur during assembly. On the other hand, if the tensile elongation is 100% or more, necking is likely to occur and it becomes difficult to stably assemble.
(7)熱収縮率
本発明に係るポリフタルアミド樹脂からなるメルトブロー不織布の150℃における熱収縮率は、横方向および縦方向の少なくともいずれかにおいて、好ましくは両方向において3%以下、好ましくは1%以下、さらに好ましくは0.5%以下である。
また、200℃における熱収縮率は、横方向および縦方向の少なくともいずれかにおいて、好ましくは両方向において1.5%以下、好ましくは1.0%以下、さらに好ましくは0.5%以下である。
本発明に係るポリフタルアミド樹脂からなるメルトブロー不織布は、特に、150℃および200℃の両者の加熱処理後の熱収縮率を満たすものが好ましい。
(7) Thermal shrinkage The thermal shrinkage at 150 ° C. of the meltblown nonwoven fabric comprising the polyphthalamide resin according to the present invention is preferably at most 3%, preferably at least 1%, in at least one of the transverse and longitudinal directions. The following content is more preferably 0.5% or less.
The thermal shrinkage at 200 ° C. is preferably 1.5% or less, preferably 1.0% or less, more preferably 0.5% or less in at least one of the horizontal direction and the vertical direction in both directions.
The melt blown nonwoven fabric made of the polyphthalamide resin according to the present invention preferably satisfies the heat shrinkage rate after heat treatment at both 150 ° C. and 200 ° C.
(8)電解液吸液速度
本発明に係るポリフタルアミド樹脂からなるメルトブロー不織布の電解液吸液速度は、10秒以下、好ましくは3秒以下、さらに好ましくは1秒以下である。セパレーターの電解液吸液速度が速いと、電池製造時の生産効率が良好となる。
(8) Electrolyte absorption speed
The electrolyte solution absorption speed of the meltblown nonwoven fabric comprising the polyphthalamide resin according to the present invention is 10 seconds or less, preferably 3 seconds or less, and more preferably 1 second or less. When the electrolyte solution absorption speed of the separator is high, the production efficiency at the time of battery production becomes good.
(9)加熱試験後物性評価
何らかの原因で電池内温度が急激に上昇した場合、セパレータが劣化してしまうとその後電池内温度が下がったとしても再度短絡などのおそれがある。従って、200℃において一定時間加熱後の物性も加熱前の80%以上保つことが好ましい。
(9) Evaluation of physical properties after heating test If the temperature inside the battery suddenly rises due to any cause, the separator may be deteriorated, and even if the temperature inside the battery is lowered thereafter, there is a fear of short circuit again. Therefore, it is preferable to keep the physical properties after heating at 200 ° C. for a certain period of 80% or more before heating.
3.メルトブロー不織布のカレンダー加工処理
本発明においては、前記のメルトブロー法によって得られたポリフタルアミド樹脂からなるメルトブロー不織布の押圧成形処理としてカレンダー加工処理することが好ましい。
3. Calendering of Meltblown Nonwoven Fabric In the present invention, it is preferable to perform calendering as a press forming treatment of a meltblown nonwoven made of a polyphthalamide resin obtained by the meltblowing method described above.
本発明に係る電池用セパレータは、カレンダー加工処理した上記のメルトブロー法によって得られたポリフタルアミドのメルトブロー不織布(以下、カレンダー処理品とも称する。)を用いることにより、耐熱収縮性、電解液吸液速度の向上、引張強度の向上による耐破れ性等が付与されるという効果がある。特に、カレンダー加工処理により、耐熱性、耐収縮性および電解液吸液速度が優れた電池用セパレータを得ることができる。 The battery separator according to the present invention can be heat-shrinkable and electrolyte-absorbent by using a melt-blown non-woven fabric of polyphthalamide obtained by the above-described melt-blown method (hereinafter, also referred to as a calendered product) calendered. There is an effect that breakage resistance and the like are imparted by improving speed and tensile strength. In particular, a battery separator having excellent heat resistance, shrinkage resistance, and electrolyte solution absorption speed can be obtained by calendering treatment.
本発明に係るメルトブロー不織布のカレンダー加工処理方法に用いられる装置は、2〜4対の熱ロール、特に2対の熱ロールを組み合わせたものであり、直立2対型のものが好ましいが、カレンダー形式は限定されるものではない。カレンダー加工処理の温度および圧力は、熱ロールの温度および熱ロールの相互の配置感覚により調整される。 The apparatus used for the method of calendering a melt-blown nonwoven fabric according to the present invention is a combination of 2 to 4 pairs of heat rolls, in particular 2 pairs of heat rolls, preferably an upright two-pair type, but a calender type Is not limited. The temperature and pressure of the calendering process are adjusted according to the temperature of the heat roll and the sense of mutual arrangement of the heat roll.
本発明に係るメルトブロー不織布のカレンダー加工処理としては、メルトブロー不織布を成形後、通常加熱温度がガラス転移温度以上の温度であり、例えば、100〜250℃、好ましくは120〜200℃で行なう。具体的な方法としては、メルトブロー不織布を所定の温度に加熱した2対のロール間を加圧して処理する方法がある。 As a calendering process of the melt-blown nonwoven fabric according to the present invention, after forming the melt-blown nonwoven fabric, the heating temperature is usually a temperature higher than the glass transition temperature, for example, 100 to 250 ° C., preferably 120 to 200 ° C. As a specific method, there is a method in which a melt-blown nonwoven fabric is processed by pressurizing between two pairs of rolls heated to a predetermined temperature.
かかるロールは2対とも金属面を有するものを使用してもよいが、1対のロールの接触面を樹脂ロール等の弾性体とし、金属面を有するロールとを組み合せも良い。2対のロールの接触面を金属面とした場合、効果として厚みの均一性が挙げられるが、ある一定の薄さに加工する際に基材表面にフィルム化が発生し、物性のバラつきが大きくなり、外観も不均一となる。一方、ロールの接触面を弾性体とした場合は、物性面、外観共に均一な厚みの低抵抗で薄膜化された電池用セパレータを得ることができる。薄膜セパレータとして好ましい厚みは10〜40μmであり、さらに好ましくは15〜35μmである。 Although such a roll may be used that has two pairs of metal surfaces, the contact surface of one pair of rolls may be an elastic body such as a resin roll, and a combination of a roll having a metal surface may be used. When the contact surface of the two pairs of rolls is a metal surface, the uniformity of thickness can be mentioned as an effect, but when processing to a certain thinness, film formation occurs on the substrate surface and the variation in physical properties is large And the appearance is also non-uniform. On the other hand, when the contact surface of the roll is an elastic body, it is possible to obtain a battery separator having a low resistance and a uniform thickness both in terms of physical properties and appearance. A preferable thickness for the thin film separator is 10 to 40 μm, and more preferably 15 to 35 μm.
[弾性ロールでの加工]
耐熱性セパレータとしてはPPS樹脂を原料とするメルトブロー不織布からなる電池用セパレータが提案されているが、PPS樹脂は結晶化後の伸度が著しく低下するため、ロール接触面を弾性体にした加工処理では、割れてしまうという問題があり、従来、耐熱性を有し、薄膜化された電池用セパレータを得ることは難しかった。今回、PPA樹脂を用いることにより、メルトブロー不織布は、薄膜化しても強度面に優れ、さらに熱収縮率が低く、かつ電解液吸液速度が速く、また高温環境下での物性劣化が少なく、十分な機械強度を維持するため、耐熱性電池用セパレータとして好適に用いることができることに着目した。
[Processing with elastic rolls]
As a heat-resistant separator, a battery separator made of a melt blown nonwoven fabric made of PPS resin has been proposed. However, since the elongation after crystallization of PPS resin is remarkably reduced, processing with a roll contact surface made of an elastic body. In the prior art, it has been difficult to obtain a thin battery separator having heat resistance and a thin film. This time, by using PPA resin, the melt-blown nonwoven fabric has excellent strength even when it is thinned, has a low thermal shrinkage rate, has a high rate of liquid absorption, and has little deterioration in physical properties in a high-temperature environment. In order to maintain a sufficient mechanical strength, attention was paid to the fact that it can be suitably used as a heat-resistant battery separator.
4.電池用セパレータ
本発明に係るポリフタルアミド樹脂からなるメルトブロー不織布は、耐熱性であるため、耐熱性が求められる電池用セパレータに好適に用いることができる。特にカレンダー加工処理品は、引張強度が強く、熱収縮率が小さいため、溶融破断(メルトダウン)のような爆発的熱暴走を防止する安全性に優れており、耐熱性を要する電池セパレータとして、好ましい。
4. Battery separator Since the melt-blown nonwoven fabric made of the polyphthalamide resin according to the present invention is heat resistant, it can be suitably used for a battery separator that requires heat resistance. In particular, the calendered product has high tensile strength and low thermal shrinkage, so it has excellent safety to prevent explosive thermal runaway such as melt rupture (meltdown), and as a battery separator that requires heat resistance, preferable.
電池用セパレータとして、厚みは10〜40μmであり、好ましくは15〜35μm、さらに好ましくは20〜30μmである。また、150℃における熱収縮率は、好ましくは、横方向および縦方向の両方向において1.5%以下であり、好ましくは1%以下、さらに好ましくは0.5%以下である。 As a battery separator, thickness is 10-40 micrometers, Preferably it is 15-35 micrometers, More preferably, it is 20-30 micrometers. Further, the heat shrinkage rate at 150 ° C. is preferably 1.5% or less, preferably 1% or less, more preferably 0.5% or less in both the horizontal direction and the vertical direction.
[電池セパレータ用途でのPPA樹脂の優位性]
後述の実施例においても示すように、ナイロンを原料樹脂とするメルトブロー不織布は適当な耐熱性や親水性を持ち、電池特性は得られるものの逆に長期のアルカリ溶液中で分解され、保液性の低下、短絡の発生により、電池寿命が短いものである。これに代わるものとしてPP不織布も耐薬品性、耐酸化性に優れて、使用されているが、PPは疎水性のため、親水化処理を施す必要があり、二次加工を要する。これに対し、PPA樹脂を原料とするメルトブロー不織布は、長期の耐薬品性、電解液との濡れ性も有し、二次加工を必要としない長寿命電池へのセパレータでの展開をすることが期待できる。
[Advantages of PPA resin in battery separator applications]
As shown in the examples described later, melt-blown nonwoven fabrics made of nylon as a raw material resin have suitable heat resistance and hydrophilicity, and are decomposed in a long-term alkaline solution, contrary to the battery characteristics obtained, and are liquid-retentive Battery life is short due to the occurrence of a drop or short circuit. As an alternative to this, PP non-woven fabric is also used with excellent chemical resistance and oxidation resistance, but since PP is hydrophobic, it needs to be subjected to a hydrophilization treatment and requires secondary processing. In contrast, melt blown non-woven fabrics made from PPA resin have long-term chemical resistance and wettability with electrolytes, and can be used as separators for long-life batteries that do not require secondary processing. I can expect it.
また、本発明に係るポリフタルアミド樹脂からなるメルトブロー不織布、或いは本発明に係る電池用セパレータには、その目的に応じて、界面活性剤の塗布等により不織布表面の親液性を向上させることができる。 In addition, according to the purpose of the melt-blown nonwoven fabric made of polyphthalamide resin according to the present invention or the battery separator according to the present invention, the lyophilic property of the surface of the nonwoven fabric can be improved by applying a surfactant. it can.
本発明を以下の実施例および比較例により具体的に説明する。もっとも、本発明は、これらの実施例等に限定されるものではない。
なお、実施例および比較例中の各物性値は、下記の方法でそれぞれ測定して求めたものである。
The present invention will be specifically described by the following examples and comparative examples. However, the present invention is not limited to these examples and the like.
In addition, each physical-property value in an Example and a comparative example is each calculated | required and measured by the following method.
(1)目付:不織布試料長さ方向から、100×100mmの試験片を採取し、水分平衡状態の重さを測定し、1m2当たりの目付重量に換算して求めた。
(2)厚み:不織布試料長さ方向より、100×100mmの試験片を採取し、ダイヤルシックネスゲージで測定した。
(3)通気度:不織布試料長さ方向から、100×100mmの不織布試験片を採取し、JIS L1096「一般織物試験方法」の「通気性A法(フラジール形法)」に準拠し、フラジール型試験機を用いて測定した。
(4)引張強度、引張伸度:JIS L1085「不織布しん地試験方法」の「引張強さ及び伸び率」に準拠し、サンプル幅25mm、つかみ間隔100mm、引張速度300mm/分にて測定した。
(5)繊維径:不織布試験片の任意な5箇所を電子顕微鏡で5枚の写真撮影を行い、1枚の写真につき20本の繊維の直径を測定し、これら5枚の写真について行い、合計100本の繊維径を平均して求めた。
(6)熱収縮率:20cm角の不織布試料の中心および端にMD方向(長さ方向)、CD角方向(幅方向)に約10cmの線を引き、150℃、200℃に設定したオーブンで24時間加熱後、線長を測定し、その変化率を求めた。
(7)電解液吸液速度:PC(プロピレンカーボネート)とDME(1,2−ジメトキシエタン)とを重量比1:1で混合した溶液を入れた水槽上に所定の高さの水平棒を設置し、その水平棒に不織布試験片(20mm×200mm)をピン止めし、次いで、水平棒を降下させて試料片の端を5mmだけ上記混合液に浸漬させ、この浸漬後30分間において毛細管現象により上記混合液が上昇した高さ(mm)を測定し、その測定値を電解液の吸液速度とした。
(8)加熱試験後物性評価
加熱試験方法:
不織布試科を200℃に設定したオーブン内で一週間 同温度で保持した。
物性評価:
前記の加熱処理後の不織布試科について引張強度、伸度、通気度を耐熱性の評価項目として、前記の方法で測定した。
(1) Fabric weight: A test piece of 100 × 100 mm was taken from the length direction of the non-woven fabric sample, and the weight of the moisture equilibrium state was measured and converted to the fabric weight per 1 m 2 .
(2) Thickness: From the length direction of the non-woven fabric sample, a test piece of 100 × 100 mm was collected and measured with a dial thickness gauge.
(3) Air permeability: 100 × 100 mm non-woven fabric test specimens are collected from the length direction of the non-woven fabric sample, and in accordance with JIS L1096 “General fabric test method”, “Breathability A method (Fragile shape method)”. It measured using the tester.
(4) Tensile strength and tensile elongation: Measured at a sample width of 25 mm, a grip interval of 100 mm, and a tensile speed of 300 mm / min, in accordance with “Tensile strength and elongation” of JIS L1085 “Nonwoven fabric test method”.
(5) Fiber diameter: Five photos of non-woven fabric test pieces were taken with 5 electron microscopes, and the diameter of 20 fibers was measured per one photo. The diameter of 100 fibers was averaged.
(6) Heat shrinkage rate: In an oven set at 150 ° C. and 200 ° C., a line of about 10 cm is drawn in the MD direction (length direction) and CD angle direction (width direction) at the center and end of the 20 cm square nonwoven fabric sample. After heating for 24 hours, the line length was measured and the rate of change was determined.
(7) Electrolyte solution absorption speed: A horizontal bar of a predetermined height is placed on a water tank containing a solution in which PC (propylene carbonate) and DME (1,2-dimethoxyethane) are mixed at a weight ratio of 1: 1. Then, a non-woven fabric test piece (20 mm × 200 mm) was pinned to the horizontal bar, and then the horizontal bar was lowered to immerse the end of the sample piece in the mixed solution by 5 mm. After this immersion, capillary action occurred for 30 minutes. The height (mm) at which the mixed liquid rose was measured, and the measured value was taken as the liquid absorption rate of the electrolytic solution.
(8) Physical property evaluation after heating test Heating test method:
The nonwoven fabric test was held at the same temperature for a week in an oven set at 200 ° C.
Evaluation of the physical properties:
The tensile strength, the elongation, and the air permeability of the non-woven fabric after heat treatment were measured as the evaluation items of heat resistance by the above-mentioned method.
参考例1
ポリフタルアミド樹脂(アルケマ社製リルサン(登録商標)HT融点255℃)を押出機温度350℃にて溶融混練し、0.4mmのノズルを用い、吐出量2g/min/holにてメルトブローし、平均繊維径 5.5 μm、目付15g/m2、厚み130μm、通気度150cc/cm2/sec、引張強度10N/25mm幅、引張伸度52.1%のポリフタルアミドのメルトブロー不織布(以下、「試作品1」という。)を得た。試作品1のプロピレンカーボネート吸液速度は0秒66であった。150℃で24時間加熱保持後の熱収縮率は、MD0.5%、CD0%であり、200℃で24時間保持条件下における熱収縮率はMD1.0%,CD1.0%であった。
また、試作品1を200℃環境下における一週間の加熱試験に供した後、物性を評価したところ、次の結果を得た。
引張強度:10.2N/25mm幅
引張伸度46.5%
通気度:130cc/cm2/sec
Reference Example 1
A polyphthalamide resin (Rilsan (registered trademark) HT melting point 255 ° C. manufactured by Arkema Co., Ltd.) was melt-kneaded at an extruder temperature of 350 ° C., and melt blown at a discharge rate of 2 g / min / hol using a 0.4 mm nozzle. Polyphthalamide melt blown nonwoven fabric (hereinafter referred to as “polyphthalamide”) having an average fiber diameter of 5.5 μm, basis weight of 15 g / m 2 , thickness of 130 μm, air permeability of 150 cc / cm 2 / sec, tensile strength of 10 N / 25 mm width, and tensile elongation of 52.1%. "Prototype 1" is obtained. The propylene carbonate absorption rate of Prototype 1 was 0 second 66. The heat shrinkage after heating at 150 ° C. for 24 hours was MD 0.5%, CD 0%, and the heat shrinkage at 200 ° C. for 24 hours was MD 1.0%, CD 1.0%.
In addition, after the prototype 1 was subjected to a heating test for one week in a 200 ° C. environment, the physical properties were evaluated, and the following results were obtained.
Tensile strength: 10.2 N / 25 mm width Tensile elongation: 46.5%
Permeability: 130 cc / cm 2 / sec
参考例2
参考例1の方法で得られたメルトブロー不織布を、150℃にて金属/金属ロールでカレンダー加工処理に供した。得られたカレンダー加工処理品(以下、「試作品2」という。)は、目付15g/m2、厚み38μm、通気度37.5cc/cm2/sec、引張強度12.1N/25mm幅、引張伸度45.5%であり、プロピレンカーボネート吸液速度は0秒88であった。また150℃で24時間加熱保持後の熱収縮率は、MD0%、CD0%であり、200℃で24時間の加熱保持後の熱収縮率は、MD0.5%、CD0.5%であった。さらに、前記カレンダー加工処理品を200℃環境下における1週間加熱保持条件下の加熱試験に供したところ、引張強度11.8N/25mm幅、引張伸度43.0%、通気度11.5cc/cm2/secの結果を得た。
Reference Example 2
The melt-blown nonwoven fabric obtained by the method of Reference Example 1 was subjected to calendering treatment at 150 ° C. with a metal / metal roll. The obtained calendered product (hereinafter referred to as “prototype 2”) has a basis weight of 15 g / m 2 , a thickness of 38 μm, an air permeability of 37.5 cc / cm 2 / sec, and a tensile strength of 12.1 N / 25 mm width, tensile The elongation was 45.5%, and the propylene carbonate absorption speed was 0 sec 88. The thermal shrinkage after heating at 150 ° C. for 24 hours was MD 0%, CD 0%, and the thermal shrinkage after heating for 24 hours at 200 ° C. was MD 0.5%, CD 0.5%. . Furthermore, when the calendered product was subjected to a heating test under a heating and holding condition for 1 week in a 200 ° C. environment, the tensile strength was 11.8 N / 25 mm width, the tensile elongation was 43.0%, and the air permeability was 11.5 cc. The result of / cm 2 / sec was obtained.
実施例1
参考例1の方法で得られたメルトブロー不織布を150℃にて金属/弾性ロールによるカレンダー加工処理に供した。得られたカレンダー加工処理品は、目付15g/m2、厚み25μm、通気度29.8cc/cm2/sec、引張強度17.5N/25mm幅、引張伸度27.5%であり、プロピレンカーボネートの吸液速度が0秒94であった。また、150℃で24時間加熱保持後の熱収縮率は、MD0%、CD0%であり、200℃で24時間加熱保持後の熱収縮率はMD0.5%、CD0.5%であった。さらに、200℃環境下一週間の加熱保持条件下での加熱試験後の物性評価の結果は表1に示す。
Example 1
The melt-blown nonwoven fabric obtained by the method of Reference Example 1 was subjected to a calendering process at 150 ° C. using a metal / elastic roll. The obtained calendered product has a basis weight of 15 g / m 2 , a thickness of 25 μm, an air permeability of 29.8 cc / cm 2 / sec, a tensile strength of 17.5 N / 25 mm width, and a tensile elongation of 27.5%. Propylene carbonate The liquid absorption speed of 0 sec. The thermal contraction rate after heating and holding at 150 ° C. for 24 hours was MD 0% and CD 0%, and the thermal contraction rate after heating and holding at 200 ° C. for 24 hours were MD 0.5% and CD 0.5%. Furthermore, Table 1 shows the results of physical property evaluation after a heating test under a heating and holding condition for one week in a 200 ° C. environment.
実施例2
0.4mmφのノズルの代わりに0.3mmφのノズルを用いたこと以外、すべて参考例1の条件と同一の条件で処理して得られたメルトブロー不織布を、150℃にて金属/弾性ロールでカレンダー加工処理に供し、カレンダー加工処理品を得た。得られたカレンダー加工処理品は、目付20g/m2、厚み33μm、通気度8.5cc/cm2/sec、引張強度15.5N/25mm幅、引張伸度30.5%であり、プロピレンカーボネート吸液速度が0秒83であった。また、150℃で24時間加熱保持後の熱収縮率は、MD0%、CD0%であり、200℃で24時間加熱保持後の熱収縮率がMD0.5%、CD0.5%であった。さらに、200℃環境下一週間加熱保持条件下での加熱試験後の物性評価の結果については表1に示す。
Example 2
Melt-blown non-woven fabric obtained by treating under the same conditions as in Reference Example 1 except that a 0.3 mm ノ ズ ル nozzle was used instead of a 0.4 mm カ レ ン ダ ー nozzle, was calendered with a metal / elastic roll at 150 ° C. The product was subjected to processing to obtain a calendar processed product. The obtained calendered product has a basis weight of 20 g / m 2 , a thickness of 33 μm, an air permeability of 8.5 cc / cm 2 / sec, a tensile strength of 15.5 N / 25 mm, and a tensile elongation of 30.5%. The liquid absorption speed was 0 sec 83. The thermal contraction rate after heating and holding at 150 ° C. for 24 hours was MD 0% and CD 0%, and the thermal contraction rate after heating and holding at 200 ° C. for 24 hours was MD 0.5% and CD 0.5%. Furthermore, it shows in Table 1 about the result of the physical-property evaluation after the heating test on 200 degreeC environment on a 1-week heating holding condition.
比較例1
ポリフタルアミド樹脂の代わりにポリプロピレン(PP)樹脂(MFR1550g/10min)を押出機温度240℃で溶融混練したこと以外すべて参考例1の条件と同一の条件で、メルトブロー不織布を作製した。得られたメルトブロー不織布を110℃にて金属/弾性ロールによりカレンダー加工処理に供した。得られたカレンダー加工処理品は、目付14g/m2、厚み27μm、通気度0.3cc/cm2/sec、引張強度17.2N/25mm幅、引張伸度16%であり、プロピレンカーボネートの吸液速度は100秒以上、150℃で24時間加熱保持後の熱収縮率はMD6.0%、CD5.5%であり、200℃で24時間加熱保持後の熱収縮率は溶融により測定不能であった。また、200℃環境下で一週間加熱保持条件下の加熱試験後の物性評価についても、溶融により測定不能であり評価できなかった。
Comparative Example 1
A melt blown nonwoven fabric was produced under the same conditions as in Reference Example 1 except that a polypropylene (PP) resin (MFR 1550 g / 10 min) was melt kneaded at an extruder temperature of 240 ° C. instead of the polyphthalamide resin. The obtained meltblown nonwoven fabric was subjected to a calendering treatment at 110 ° C. with a metal / elastic roll. The obtained calendered product has a basis weight of 14 g / m 2 , a thickness of 27 μm, an air permeability of 0.3 cc / cm 2 / sec, a tensile strength of 17.2 N / 25 mm width, and a tensile elongation of 16%. liquid velocity 100 seconds or more, the thermal shrinkage rate after 24 hours of heating maintained at 0.99 ° C. is MD6.0%, Ri Ah with CD5.5%, the thermal shrinkage rate after 24 hours of heating maintained at 200 ° C. is not measurable by melt Met. In addition, with regard to the evaluation of physical properties after the heating test under the heating and holding conditions for one week in a 200 ° C. environment, it was impossible to evaluate because the measurement was impossible due to melting .
比較例2
ポリフタルアミド樹脂の代わりに、ポリブチレンテレフタレート(PBT)樹脂を使用したこと以外、すべて参考例1の条件と同一条件にてメルトブローし、得られたメルトブロー不織布を実施例1の条件と同一条件でカレンダー加工処理に供した。カレンダー加工処理をして得られたカレンダー処理品は、目付20g/m2、厚み30μm、通気度7cc/cm2/sec、引張強度28.4N/25mm幅、引張伸度11.9%であり、プロピレンカーボネート液の吸液速度は11秒75であり、150℃で24時間加熱保持後の熱収縮率は、MD1.5%、CD1.0%、200℃で24時間加熱保持後の熱収縮率はMD3.0%、CD3.0%であった。また、200℃環境下で一週間加熱保持する環境下の加熱試験後の物性評価の結果については、表1に示す。
Comparative example 2
Except that polybutylene terephthalate (PBT) resin was used in place of the polyphthalamide resin, all were melt blown under the same conditions as in Reference Example 1, and the resulting melt blown nonwoven fabric was subjected to the same conditions as in Example 1. Used for calendar processing. A calendered product obtained by calendering has a basis weight of 20 g / m 2 , a thickness of 30 μm, an air permeability of 7 cc / cm 2 / sec, a tensile strength of 28.4 N / 25 mm, and a tensile elongation of 11.9%. The absorption rate of the propylene carbonate liquid is 11 seconds 75, and the thermal contraction rate after heating and holding at 150 ° C. for 24 hours is MD 1.5%, CD 1.0%, thermal contraction after heating and holding at 200 ° C. for 24 hours The rates were MD 3.0% and CD 3.0%. Moreover, it shows in Table 1 about the result of the physical-property evaluation after the heat test of the environment hold | maintained for one week in a 200 degreeC environment.
比較例3
ポリフタルアミド樹脂の代わりに、ナイロン6樹脂を使用したこと以外、参考例1の条件と同一の条件でメルトブローし、メルトブロー不織布を得た。得られたメルトブロー不織布を、実施例1の条件と同一の条件でカレンダー加工処理に供した。カレンダー加工処理品は、目付20g/m2、厚み30μm、通気度2.5cc/cm2/sec、引張強度72N/25mm幅、引張伸度45.3%であり、ポリプロピレン吸液速度が3秒88であった。また、150℃で24時間加熱保持後の熱収縮率は、MD0.5%、CD0.5%であり、200℃で24時間加熱保持後の熱収縮率はMD1.5%、CD1.5%であった。さらに、200℃環境下一週間の加熱条件下での加熱試験後の物性評価の結果については、表1に示す。
Comparative example 3
Melt blow was performed under the same conditions as in Reference Example 1 except that nylon 6 resin was used instead of the polyphthalamide resin to obtain a melt blown nonwoven fabric. The obtained melt blown nonwoven fabric was subjected to calendering treatment under the same conditions as in Example 1. The calendered product has a basis weight of 20 g / m 2 , a thickness of 30 μm, an air permeability of 2.5 cc / cm 2 / sec, a tensile strength of 72 N / 25 mm, a tensile elongation of 45.3%, and a polypropylene absorption speed of 3 seconds It was 88. The heat shrinkage after heating at 150 ° C. for 24 hours is MD 0.5%, CD 0.5%, and the heat shrinkage after heating at 200 ° C. for 24 hours is MD 1.5%, CD 1.5% Met. Furthermore, it shows in Table 1 about the result of the physical-property evaluation after the heating test on the heating conditions for one week in 200 degreeC environment.
比較例4
ポリフタルアミド樹脂の代わりに、ポリフェニレンサルファイド(PPS)樹脂を用いたこと以外、すべて参考例1の条件と同一の条件でメルトブローし、メルトブロー不織布を得た。得られたメルトブロー不織布は、目付25g/m2、厚み230μm、通気度60cc/cm2/sec、引張強度17N/25mm幅、引張伸度25%、繊維径5μmであり、プロピレンカーボネート吸液速度が0秒91であった。また、150℃で24時間加熱保持後の熱収縮率は、MD5.0%、CD4.5%であり、200℃で24時間加熱保持後の熱収縮率はMD9.0%、CD7.5%であった。さらに、200℃環境下一週間加熱保持条件下の加熱試験後の物性評価については、収縮により測定不能であった。
Comparative example 4
The melt-blown nonwoven fabric was obtained by melt-blowing under the same conditions as in Reference Example 1 except that polyphenylene sulfide (PPS) resin was used instead of polyphthalamide resin. The resulting melt blown nonwoven fabric has a basis weight of 25 g / m 2 , a thickness of 230 μm, an air permeability of 60 cc / cm 2 / sec, a tensile strength of 17 N / 25 mm width, a tensile elongation of 25%, and a fiber diameter of 5 μm. Was 0 seconds 91. Moreover, the thermal shrinkage rate after heating and holding at 150 ° C. for 24 hours is MD 5.0% and CD 4.5%, and the thermal shrinkage rate after holding for 24 hours at 200 ° C. is MD 9.0% and CD 7.5%. Met. Furthermore, the physical property evaluation after the heating test under the heating and holding condition for one week in a 200 ° C. environment could not be measured due to shrinkage .
比較例5
比較例4で得られたメルトブロー不織布を、参考例2の条件と同一の条件でカレンダー加工処理に供し、カレンダー加工処理品を得た。カレンダー加工処理品は、目付25g/m2、厚み50μm、通気度13.0cc/cm2/sec、引張強度41.1N/25mm幅、引張伸度3.8%であり、プロピレンカーボネート吸液速度が1秒04であった。また、150℃で24時間加熱保持後の熱収縮率は、MD0%、CD0%であり、200℃で24時間加熱保持後の熱収縮率はMD2.0%、CD0.5%であった。さらに、200℃環境下で一週間の加熱条件下における加熱試験後の物性評価の結果については、表1に示す。
Comparative example 5
The melt blown nonwoven fabric obtained in Comparative Example 4 was subjected to a calendering treatment under the same conditions as in Reference Example 2 to obtain a calendered product. The calendered product has a basis weight of 25 g / m 2 , a thickness of 50 μm, an air permeability of 13.0 cc / cm 2 / sec, a tensile strength of 41.1 N / 25 mm width, and a tensile elongation of 3.8 %. The liquid velocity was 1 second 04 . The thermal contraction rate after heating and holding at 150 ° C. for 24 hours was MD 0% and CD 0%, and the thermal contraction rate after heating and holding at 200 ° C. for 24 hours were MD 2.0% and CD 0.5%. Furthermore, it shows in Table 1 about the result of the physical-property evaluation after the heating test on 200 degreeC environment on the heating conditions for one week.
比較例6
比較例4で得られたメルトブロー不織布を、実施例1の条件と同一の条件でカレンダー加工処理に供したが、カレンダー加工処理品に割れが生じ、評価不能となった。
Comparative Example 6
Although the melt-blown nonwoven fabric obtained in Comparative Example 4 was subjected to calendering treatment under the same conditions as the conditions of Example 1, cracks occurred in the calendered product and it became impossible to evaluate.
表1から明らかなように、本発明に係るポリフタルアミド樹脂からなるメルトブロー不織布は、従来の他の原料樹脂を用いて得られたメルトブロー不織布に比べて、前記試験方法による熱収縮率が著しく優れたものであり、更に苛酷な加熱試験後物性評価においても、優れた結果を得ることができる。 As is clear from Table 1, the meltblown nonwoven fabric comprising the polyphthalamide resin according to the present invention has a remarkably excellent thermal shrinkage by the above test method as compared with the meltblown nonwoven fabric obtained using other conventional raw material resins. Even in severe physical property evaluation after a severe heat test, excellent results can be obtained.
本発明に係るポリフタルアミド樹脂からなるメルトブロー不織布は、耐熱性、電解液吸液速度に優れた電池用セパレータとして、好適に用いることができ、各種電池製造の用途に適用することができる。また、特に、耐熱性と引張強度に優れるため、その他の用途、例えば、電気二重層キャパシター用セパレータ、耐熱用液体フィルター、耐熱用エアフィルター、その他耐熱性を要する産業資材等の用途に、好適に用いることができる。 The meltblown non-woven fabric made of the polyphthalamide resin according to the present invention can be suitably used as a battery separator excellent in heat resistance and electrolyte absorption speed, and can be applied to various battery manufacturing applications. In addition, since it is excellent in heat resistance and tensile strength, it is suitable for other applications such as separators for electric double layer capacitors, liquid filters for heat resistance, air filters for heat resistance, and other industrial materials requiring heat resistance. Can be used.
Claims (4)
前記ポリフタルアミド樹脂は、JIS K7210に準拠して、荷重5.0Kg、温度300℃において測定されるメルトフローレートが10〜1000g/10分であり、かつ、テレフタルアミド単位の含有量が50モル%以上であり、
前記メルトブロー不織布は、平均繊維径が1〜30μm、目付が10〜50g/m 2 、通気度が1〜50cc/cm 2 /sec、厚みが10〜40μm、引張強度が2〜50N/25mm幅、引張伸度が10〜50%であり、
さらに、前記メルトブロー不織布の熱収縮率は、200℃における24時間の加熱処理後において、横方向および縦方向の少なくともいずれかが0.5%以下であり、かつ、電解液プロピレンカーボネートの吸液速度が3秒以下であることを特徴とする電池用セパレータ。 A battery separator comprising a melt-blown non-woven fabric made of polyphthalamide resin ,
According to JIS K7210, the polyphthalamide resin has a melt flow rate of 10 to 1000 g / 10 min measured at a load of 5.0 kg and a temperature of 300 ° C., and a terephthalamide unit content of 50 mol. % Or more,
The melt blown nonwoven fabric has an average fiber diameter of 1 to 30 μm, a basis weight of 10 to 50 g / m 2 , an air permeability of 1 to 50 cc / cm 2 / sec, a thickness of 10 to 40 μm, a tensile strength of 2 to 50 N / 25 mm width, Tensile elongation is 10 to 50%,
Further, the heat shrinkage rate of the melt blown nonwoven fabric is 0.5% or less in at least one of the transverse direction and the longitudinal direction after the heat treatment at 200 ° C. for 24 hours, and the liquid absorption rate of the electrolytic solution propylene carbonate Is a battery separator, characterized in that is 3 seconds or less.
ポリフタルアミド樹脂を260〜380℃の押出機温度で溶融した後、300 〜380℃に設定したダイに送り込み、ダイノズルから吐出させると同時に、260〜380℃の高温エアブローガスにより延伸して微細繊維化し、ノズルから離れた位置に設置したコレクタに補集し、得られたメルトブロー不織布を120〜200℃の温度におけるカレンダー加工処理に供することからなる電池用セパレータの製造方法であって、
前記カレンダー加工処理が、前記メルトブロー不織布を、二対のロール材質を有するカレンダーロールの間に挟持し加圧する手段であり、ロール材質が、金属/弾性体であることを特徴とする電池用セパレータの製造方法。 It is a manufacturing method of the battery separator of Claim 1, Comprising:
After the polyphthalamide resin is melted at an extruder temperature of 260 to 380 ° C., it is fed into a die set at 300 to 380 ° C. and discharged from the die nozzle, and at the same time, it is drawn by a high-temperature air blow gas of 260 to 380 ° C. to draw fine fibers A method of manufacturing a battery separator, comprising: subjecting the obtained melt-blown nonwoven fabric to a calendering process at a temperature of 120 to 200 ° C . ;
In the battery separator, the calendering treatment is means for sandwiching and pressurizing the melt-blown nonwoven fabric between calender rolls having two pairs of roll materials, and the roll material is a metal / elastic body . Production method.
The die has a nozzle hole diameter of 0.1 to 1 mmφ, a nozzle count of 5 to 20 / cm, and an amount of polyphthalamide resin discharged from the nozzle of 0.05 to 3 g / min / hole. The manufacturing method of the battery-cell separator of 3.
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