JP7639801B2 - 樹脂多孔質体の製造方法 - Google Patents
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Description
(a)圧力容器内において、オレフィン系樹脂と第1溶剤とブロック共重合体とを混合することにより、高分子溶液を形成する。
(b)圧力容器内において、二酸化炭素の高圧流体と、高分子溶液とを混合することにより、混合流体を形成する。
(c)混合流体を冷却することにより、混合流体の相分離を起こさせる。
(d)相分離後、圧力容器内の圧力を解放することにより、樹脂多孔質体を形成する。
ブロック共重合体は、第1ブロックと第2ブロックとを含む。第1ブロックは、オレフィン系成分を含む。第2ブロックは、非オレフィン系成分を含む。
(e)第2溶剤中にブロック共重合体を溶出させることにより、樹脂多孔質体から、ブロック共重合体の少なくとも一部を分離する。
ブロック共重合体の第1溶剤に対する第1溶解度に比して、ブロック共重合体の第2溶剤に対する第2溶解度が高い。
図1は、本実施形態における樹脂多孔質体の製造方法の概略フローチャートである。以下「本実施形態における樹脂多孔質体の製造方法」が「本製造方法」と略記され得る。本製造方法は、「(a)高分子溶液の形成」、「(b)混合流体の形成」、「(c)相分離」、および「(d)圧力の解放」を含む。本製造方法は、「(e)洗浄」をさらに含んでいてもよい。
図2は、本実施形態における製造装置の一例を示す概念図である。本製造方法は、例えば、製造装置100において実施され得る。製造装置100は、ガスボンベ1、乾燥管2、冷却装置3、フィルタ4、圧縮装置5、第1圧力計6、第1安全弁7、温度調整装置8、逆止弁9、圧力容器10、攪拌装置11、加熱装置12、第2圧力計13、第2安全弁14、および湿式ガス流量計15を含む。さらに製造装置100は、背圧弁21、第1バルブ22、第2バルブ23、第3バルブ24を含む。第1バルブ22~第3バルブ24は、それぞれ独立に流路を開閉し得る。
本製造方法は、圧力容器10内において、オレフィン系樹脂と第1溶剤とブロック共重合体とを混合することにより、高分子溶液を形成することを含む。「圧力容器」は、容器の内部および外部の少なくとも一方から圧力を受ける密閉容器を示す。圧力容器は、例えば0.2~50MPaの圧力に耐え得るように構成されていてもよい。攪拌装置11が圧力容器10内の材料を混合し得る。
オレフィン系樹脂は、例えば、粉体状またはペレット状であってもよい。オレフィン系樹脂は、アルケンを含む単量体から合成された高分子材料を示す。オレフィン系樹脂は、単独重合体であってもよいし、共重合体であってもよい。オレフィン系樹脂は、例えば、低密度ポリエチレン(LDPE)、高密度ポリエチレン(HDPE)、超高分子量ポリエチレン(UHMW)、ポリプロピレン(PP)、ポリメチルペンテン(PMP)、およびエチレン酢酸ビニル共重合体(EVA)からなる群より選択される少なくとも1種を含んでいてもよい。例えば、東ソー社製のLDPE(製品名「ペトロセン(登録商標)353」)、プライムポリマー社製のPP(製品名「プライムポリプロ(登録商標)J137G」)等が使用されてもよい。
第1溶剤は、例えば、オレフィン系樹脂の良溶媒であってもよい。第1溶剤は、例えば、n-ペンタン等を含んでいてもよい。
ブロック共重合体は、例えば、粉体状またはペレット状であってもよい。ブロック共重合体は、オレフィン系樹脂に対して相溶性を示してもよい。ブロック共重合体は、第1ブロックと第2ブロックとを含む。ブロック共重合体は、複数の第1ブロックと、複数の第2ブロックとを含んでいてもよい。ブロック共重合体は、例えば、1~5個の第1ブロックと、1~5個の第2ブロックとを含んでいてもよい。ブロック共重合体は、例えば、1~3個の第1ブロックと、1~3個の第2ブロックとを含んでいてもよい。第1ブロックと第2ブロックとの合計個数は、例えば、2~10個、3~5個または3~4個であってもよい。第1ブロックは、オレフィン系成分を含む。第1ブロックは、第1繰り返し単位を含む。第1繰り返し単位は、例えば、エチレン、ブチレンおよびブタジエンからなる群より選択される少なくとも1種に由来していてもよい。第2ブロックは、非オレフィン系成分を含む。第2ブロックは、第2繰り返し単位を含む。第2繰り返し単位は、例えば、スチレンに由来していてもよい。第1ブロックおよび第2ブロックは、それぞれ独立に、グラフト鎖を含んでいてもよい。
本製造方法は、圧力容器10内において、CO2の高圧流体と、高分子溶液とを混合することにより、混合流体を形成することを含む。
本製造方法は、混合流体を冷却することにより、混合流体の相分離を起こさせることを含む。例えば、水冷式チラー(不図示)により圧力容器10が冷却されてもよい。圧力容器10の温度は、例えば15~25℃に冷却される。圧力容器10の温度が15~25℃に到達した後、15~25℃の温度が、例えば20~40分間維持される。これにより、混合流体の相分離が進行し得る。相分離は、スピノーダル分解(液液相分離)であってもよい。スピノーダル分解時の変調構造が、三次元網目状に連結する樹脂骨格を形成し得る。
本製造方法は、相分離後、圧力容器10内の圧力を解放することにより、樹脂多孔質体を形成することを含む。圧力が解放されることにより、第1溶剤およびCO2が揮発し得る。系から第1溶剤およびCO2が揮発することにより、樹脂骨格(樹脂多孔質体)が残される。この時、ブロック共重合体の一部も、第1溶剤およびCO2と共に系外に排出され得ると考えられる。例えば、圧力の解放前に、加熱装置12が圧力容器10を40~60℃に加熱してもよい。圧力の解放前に、圧力容器10が加熱されることにより、ドライアイスの生成が低減され得る。ドライアイスが生成すると、細孔構造が損傷する可能性がある。
本製造方法は、第2溶剤により樹脂多孔質体を洗浄することを含んでいてもよい。洗浄により、樹脂骨格に残存するブロック共重合体が溶出し得る。ブロック共重合体は、全量除去されてもよいし、一部除去されてもよい。すなわち本製造方法は、第2溶剤中にブロック共重合体を溶出させることにより、樹脂多孔質体から、ブロック共重合体の少なくとも一部を分離することを含んでいてもよい。洗浄後の樹脂多孔質体に、ブロック共重合体が残存してもよい。
以上より、樹脂多孔質体が製造される。樹脂多孔質体は、任意の外形を有し得る。樹脂多孔質体は、例えば、膜状、板状等であってもよい。樹脂多孔質体は、例えば、1μm~10mmの厚さを有していてもよい。樹脂多孔質体は、例えば、リチウムイオン電池用セパレータとして使用されてもよい。
《No.1-1》
下記材料が準備された。
オレフィン系樹脂:LDPE「ペトロセン353」東ソー社製
第1溶剤:n-ペンタン(CAS No.109-66-0)
ブロック共重合体:SEBS
No.1-1で得られた樹脂多孔質体がシクロヘキサン中で振とう洗浄された。24時間振とう後、樹脂多孔質体が乾燥された。乾燥後、樹脂多孔質体の形状安定性が評価され、SEM画像が取得された。すなわち、No.1-1が洗浄前試料であり、No.1-2が洗浄後試料である。
オレフィン系樹脂とブロック共重合体との総量に対する、ブロック共重合体の質量分率が変更されることを除いては、No.1-1、1-2と同様に、樹脂多孔質体が製造された(下記表1参照)。No.1-1、1-2と同様に、例えば、No.2-1が洗浄前試料であり、No.2-2が洗浄後試料である。
ブロック共重合体が使用されないことを除いては、No.1-1と同様に樹脂多孔質体が製造された。
PEおよびn-ペンタンの使用量が変更されることを除いては、No.0-2と同様に樹脂多孔質体が製造された。
高分子溶液にブロック共重合体が混合されることにより、樹脂骨格が多孔質になり、第2気孔(微小気孔)が形成される傾向がみられる(No.0-1、0-2と、その他の試料との比較)。
Claims (4)
- (a)圧力容器内において、オレフィン系樹脂と第1溶剤とブロック共重合体とを混合することにより、高分子溶液を形成すること、
(b)前記圧力容器内において、二酸化炭素の高圧流体と、前記高分子溶液とを混合することにより、混合流体を形成すること、
(c)前記混合流体を冷却することにより、前記混合流体の相分離を起こさせること、および、
(d)前記相分離後、前記圧力容器内の圧力を解放することにより、樹脂多孔質体を形成すること、
を含み、
前記ブロック共重合体は、第1ブロックと第2ブロックとを含み、
前記第1ブロックは、オレフィン系成分を含み、
前記第2ブロックは、非オレフィン系成分を含み、
前記オレフィン系樹脂と前記ブロック共重合体との総量に対する、前記ブロック共重合体の質量分率は、2.44%以上、12%以下である、
樹脂多孔質体の製造方法。 - (e)第2溶剤中に前記ブロック共重合体を溶出させることにより、前記樹脂多孔質体から、前記ブロック共重合体の少なくとも一部を分離すること、
をさらに含み、
前記ブロック共重合体の前記第1溶剤に対する第1溶解度に比して、前記ブロック共重合体の前記第2溶剤に対する第2溶解度が高い、
請求項1に記載の樹脂多孔質体の製造方法。 - 前記第1溶剤は、n-ペンタンを含み、かつ
前記第2溶剤は、シクロヘキサンを含む、
請求項2に記載の樹脂多孔質体の製造方法。 - 前記オレフィン系樹脂は、ポリエチレンおよびポリプロピレンからなる群より選択される少なくとも1種を含み、
前記第1ブロックは、第1繰り返し単位を含み、
前記第2ブロックは、第2繰り返し単位を含み、
前記第1繰り返し単位は、エチレン、ブチレンおよびブタジエンからなる群より選択される少なくとも1種に由来し、かつ
前記第2繰り返し単位は、スチレンに由来する、
請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の樹脂多孔質体の製造方法。
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