CN101462381A

CN101462381A - 聚烯烃微孔隔膜及其制作方法

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Publication number: CN101462381A
Application number: CNA2009100286188A
Authority: CN
Inventors: 徐洪飞
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2009-01-06
Filing date: 2009-01-06
Publication date: 2009-06-24
Anticipated expiration: 2029-01-06
Also published as: CN101462381B

Abstract

本发明涉及一种聚烯烃微孔隔膜及其制作方法，属于薄膜制造领域，由聚烯烃微孔基膜和镀在聚烯烃微孔基膜上面或/和下面的氧化物层构成，所述的聚烯烃微孔基膜按重量百分比由96.5％－99.995％的均聚聚丙烯树脂和0.005％－3.5％的β晶型成核剂构成，该聚烯烃微孔基膜的平均孔径在80－200纳米，孔隙率为30％－50％，透气率在1.5－15ml/cm².sec.atm，所述氧化物层的厚度在0.05－2微米。本发明具有微孔均匀、透气性和热收缩性能好、且具有高离子导电率的特点，可广泛应用于医用透析膜和工业水处理膜以及锂离子二次电池隔膜。

Description

聚烯烃微孔隔膜及其制作方法

技术领域

本发明涉及一种聚烯烃微孔隔膜及其制作方法，属于薄膜制造领域。

背景技术

由于聚烯烃微孔薄膜的广泛用途及可观的经济效益，国内近年来对聚烯烃微孔薄膜的研究逐渐升温。该种聚烯烃微孔薄膜可用于气体分离膜和反渗透膜的底膜；也可用于透析、无菌包装等医学用途；工业水处理膜以及锂离子电池隔膜。CN1272374C公开的“一种聚丙烯微孔膜及其制备方法”是采用聚丙烯、单组分成核剂和油类为原料，经挤出平膜、退火、两阶段单向拉伸、热定型和收卷制成聚丙烯微孔膜。但在微孔膜的制作过程中，由于是采用两次单向拉伸的方法，其总伸长率30％～300％，因此所制得的微孔膜孔形为狭长形，造成孔径难以控制。另外其横向无强度导致薄膜极易撕裂，很难被工业化利用。而CN1233051C所公开的“一种锂电池隔膜的生产方法”，虽然能分别通过纵向和横向的双向拉伸来解决孔径难以控制的问题，但由于纵向拉伸和横向拉伸是采用相同拉伸倍数，易导致薄膜出现贯穿的微孔，同时由于该方法未进行高温下预收缩的松弛处理，因此采用该方法制成的隔膜热收缩率偏大，这些缺点使其作为锂离子电池隔膜使用时易使锂离子电池发生短路。另外由于聚丙烯的非亲水性，该种薄膜作为锂离子电池隔膜吸附电解液能力不佳，同时也由于离子导电率偏低从而使锂离子电池内阻偏大，影响锂离子电池性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有微孔均匀、透气性和热收缩性能好、且具有高离子导电率的聚烯烃微孔隔膜及其制作方法。

本发明为达到上述目的的技术方案是：一种聚烯烃微孔隔膜，其特征在于：由聚烯烃微孔基膜和镀在聚烯烃微孔基膜上面或/和下面的氧化物层构成，所述的聚烯烃微孔基膜按重量百分比由96.5％—99.995％的均聚聚丙烯树脂和0.005％—3.5％的β晶型成核剂构成，该聚烯烃微孔基膜的平均孔径在80—200纳米，孔隙率为30％—50％，透气率在1.5—15ml.cm/cm².sec.atm，所述氧化物层的厚度在0.05—2微米。

本发明聚烯烃微孔隔膜的制备方法，其特征在于：

(1)、熔融和挤出：将96.5％—99.995％(重量)的均聚聚丙烯树脂和0.005％—3.5％(重量)的β晶型成核剂充分混合后送入挤出机内，在180—280℃温度下经挤出机熔融挤出膜片，用低于140℃温度的铸片辊对膜片冷却；

(2)、拉伸：膜片在110℃—150℃的温度下，以1.4—5.5的纵拉伸倍数下进行纵向拉伸，时间小于0.5s，再在1.1—4的横向拉伸倍数进行横向拉伸，时间小于0.5s，且纵向拉伸倍数大于横向拉伸倍数；

(3)、松驰和热定型：膜片在110℃—180℃的温度下同时进行纵向和横向预收缩的松驰，松弛时间在0.5—10min，然后再在130℃—200℃的温度下进行热定型处理，热定型时间在0.2—5s，制成聚烯烃微孔基膜；

(4)、镀层：在聚烯烃微孔基膜上或/和下面用磁控溅射镀氧化物层，该氧化物层厚度控制在0.05—2微米，制成聚烯烃微孔隔膜。

本发明采用上述技术方案后具有以下优点：

1、本发明在聚烯烃微孔基膜的表面镀有厚度在0.05—2微米的氧化物层，在该氧化物层的作用下，氧化物使隔膜具有高离子导电率，本发明聚烯烃微孔隔膜的离子导电率比普通聚烯烃微孔薄膜提高3—5倍，作为锂离子电池隔膜能减小锂离子电池的内阻，从而能提高锂离子电池性能。

2、本发明将均聚聚丙烯树脂和β晶型成核剂混合后熔融、挤出膜片，该膜片再经纵向和横向的双向拉伸、高温松驰和热定型，尤其膜片的纵向拉伸倍数大于横向拉伸倍数，既保证了生产基膜所需的拉伸形变量，同时也避免了由于横向拉伸过大使薄膜孔径过大，而产生贯穿孔的现象，减少锂离子电池发生短路现象，制得的隔膜微孔均匀、孔隙率高，透气性好。

3、本发明在制作聚烯烃微孔基膜时，先在高温下进行松弛预收缩处理，然后再进行热定型处理，可以极大的提高薄膜的热收缩性能。

具体实施方式

本发明的聚烯烃微孔隔膜，由聚烯烃微孔基膜和镀在聚烯烃微孔基膜上或/和下面的氧化物层构成。该聚烯烃微孔基膜按重量百分比由96.5％—99.995％的均聚聚丙烯树脂和0.005％—3.5％的β晶型成核剂构成，该均聚聚丙烯树脂的融体流动速率为1—5克/10分钟，聚烯烃微孔基膜的平均孔径在80—200纳米、孔隙率在30％—50％，透气率在1.5—15ml.cm/cm².sec.atm，而氧化物层的厚度在0.05—2微米，本发明的氧化物层为纳米级的氧化铝层或氧化硅层，且氧化铝或氧化硅的材料粒径在10—150纳米，而β晶型成核剂是稀土成核剂、二元羧酸盐成核剂和环己酰胺成核剂中的一种或二种或三种混合，该二元羧酸盐成核剂可为庚二酸钙、庚二酸钡、辛二酸钙或庚二酸钠的其中之一。

本发明的聚烯烃微孔隔膜的制备方法，具体按以下步骤：

(1)、熔融和挤出：将96.5％—99.995％(重量)的均聚聚丙烯树脂和0.005％—3.5％(重量)的β晶型成核剂充分混合后送入挤出机内，该均聚聚丙烯树脂的融体流动速率为1—5克/10分钟，在180—280℃温度下经挤出机熔融挤出，用低于140℃温度的铸片辊对膜片冷却。

(2)、拉伸：膜片在110℃—150℃的温度下，以1.4—5.5的纵拉伸倍数下进行纵向拉伸，时间小于0.5s，再在1.1—4的横向拉伸倍数进行横向拉伸，时间小于0.5s，但纵向拉伸时的纵向拉伸倍数应大于横向拉伸时的横向拉伸倍数。

(3)、松驰和定型：膜片在110℃—180℃的温度下同时进行纵向和横向预收缩的松驰，松弛时间在0.5—10min，然后再在130℃—200℃的温度下进行热定型处理，热定型时间在0.2—5s，制成聚烯烃微孔基膜，该聚烯烃微孔基膜厚度在10—50微米之间。

(4)、镀层：聚烯烃微孔基膜通过磁控溅射设备，在聚烯烃微孔基膜上下两面磁控溅射镀氧化物层，或在聚烯烃微孔基膜上面或下面磁控溅射镀氧化物层，该氧化物层的材料是纳米级的氧化铝或氧化硅，材料粒径在10—150纳米，磁控溅射时的磁场强度为1000G，在惰性气体如氩气的气氛中，射频功率200—600W，溅射电压-100—-200v，沉积温度60—120℃，沉积时间2—10秒，镀得氧化物层，氧化物层的厚度在0.05—2微米，制成聚烯烃微孔隔膜。

本发明的聚烯烃微孔隔膜及其制作方法具体参数见表1，其中表中的百分比为重量百分比。

表1

表2为用本发明方法制得聚烯烃微孔隔膜的性能参数。

表2

可以看出本发明的聚烯烃微孔隔膜具有微孔均匀、透气性好和孔隙率高，极佳的热收缩性能和较高离子导电率，可广泛应用于医用透析膜和工业水处理膜以及锂离子二次电池隔膜。

Claims

1、一种聚烯烃微孔隔膜，其特征在于：由聚烯烃微孔基膜和镀在聚烯烃微孔基膜上面或/和下面的氧化物层构成，所述的聚烯烃微孔基膜按重量百分比由96.5％—99.995％的均聚聚丙烯树脂和0.005％3.5％的β晶型成核剂构成，该聚烯烃微孔基膜的平均孔径在80—200纳米，孔隙率为30％—50％，透气率在1.5—15ml.cm/cm².sec.atm，所述氧化物层的厚度在0.05—2微米。

2、根据权利要求1所述的聚烯烃微孔隔膜，其特征在于：所述β晶型成核剂为稀土成核剂、二元羧酸盐成核剂和环己酰胺成核剂中的其中之一或二种或三种混合。

3、根据权利要求2所述的聚烯烃微孔隔膜，其特征在于：所述的二元羧酸盐成核剂为庚二酸钙、庚二酸钡、辛二酸钙或庚二酸钠的其中之一。

4、根据权利要求1所述的聚烯烃微孔隔膜，其特征在于：所述的氧化物层为纳米氧化铝层或氧化硅层，且氧化铝或氧化硅的材料粒径在10—150纳米。

5、一种聚烯烃微孔隔膜的制备方法，其特征在于：

(3)、松驰和热定型：膜片在110℃—180℃的温度下同时进行纵向和横向预收缩的松驰，松弛时间在0.5—10min，然后再在130℃—200℃的温度下进行热定型处理，热定型时间在0.2—5s，制得聚烯烃微孔基膜；

(4)、镀层：在聚烯烃微孔基膜上面或/和下面用磁控溅射镀氧化物层，该氧化物层厚度控制在0.05—2微米，制得聚烯烃微孔隔膜。