CN101618295A

CN101618295A - 超高分子量聚乙烯多孔膜的冻胶连续生产方法

Info

Publication number: CN101618295A
Application number: CN200910017279A
Authority: CN
Inventors: 任意
Original assignee: 任意
Current assignee: Aidi High Molecular Material Co., Ltd., Shandong
Priority date: 2009-07-31
Filing date: 2009-07-31
Publication date: 2010-01-06
Anticipated expiration: 2029-07-31
Also published as: CN101618295B

Abstract

本发明公开了一种超高分子量聚乙烯多孔膜的冻胶连续生产方法，其特征在于：它包括以下步骤连续制造完成：(1)将超高分子量聚乙烯、溶剂和添加剂混合成均一物料；(2)将所得到的均化物料制成冻胶膜；(3)将所得到的冻胶膜进行双向拉伸制成冻胶薄膜；(4)将所得到的冻胶薄膜牵引至萃取槽中，用萃取剂去除溶剂后，制成多孔薄膜；(5)干燥；(6)双向拉膜热定型，制成多孔膜；最后缠绕成卷。该超高分子量聚乙烯多孔膜的冻胶连续生产方法，能够连续生产，容易控制，所制备的多孔膜的强度高、抗腐蚀性强、密度低、耐低温、阻醇性高、抗溶胀能力强，可广泛用于质子交换膜燃料电池、电容器隔膜、各种分离膜、水处理膜等领域。

Description

超高分子量聚乙烯多孔膜的冻胶连续生产方法

技术领域

本发明涉及一种超高分子量聚乙烯多孔膜的生产方法，属于多孔膜制造技术领域，具体地说是一种超高分子量聚乙烯多孔膜的冻胶连续生产方法。

背景技术

多孔膜是含有微孔的薄膜状材料，它广泛应用于非水电解液电池隔膜、电容器隔膜、各种分离膜、水处理膜等的制作上。

如在各种类型燃料电池中，质子交换膜燃料电池被认为是最具发展潜力的便携式能源，主要用于交通工具和其他移动设备，按照其使用燃料的种类可以分为两类：一类是以氢气作为燃料的氢氧燃料电池：另一类是以醇类(主要是甲醇)为燃料的醇类燃料电池。用多孔膜做成的质子交换膜中，聚合物电解质是最为重要的组成部分，它主要用于分离反应气体和将质子由阳极导向阴极。全氟磺酸膜用在直接甲醇燃料电池时，存在严重的透醇现象，甲醇通过质子交换膜渗透到阴极，同氧气发生不产生电流的反应并放出大量的热，造成了燃料的浪费，影响了电池的整体性能；同时，质子交换膜的合成主要是通过多孔膜的改性，但是很难降低成本，提高燃料电池的输出性能，这是因为要保持质子交换膜良好的物理性质，必须选用性能优异的基底材料，但是这样的材料通过化学试剂处理往往难于进行改性。由于所用的全氟磺酸膜的价格昂贵，合成工艺较为复杂，这些都制约了质子交换膜燃料电池的发展。

对于聚烯烃微多孔膜的制作方法，主要包括溶剂法、拉伸开孔法、热致相分离法等。溶剂法，是将聚烯烃和溶剂加热熔融混合成均一溶液，该溶液经挤出机的模头挤出，并在铸片辊上冷却铸成厚片，把这种厚片经双向拉伸成薄膜，再经抽提剂洗脱其中的溶剂，然后通过热处理得到聚烯烃微多孔膜。由于厚片为块状，不能连续生产，且孔径不均匀，膜的强度较低，商业利用价值较低。

也有制作超高分子量聚乙烯多孔膜的方法，如中国科学院化学研究所提出的中国专利申请：《热致相分离法制备超高分子量聚乙烯多孔膜的方法》，申请号200610113814.1，公开号CN101164677A，申请日2006.10.18，公开日2008.04.23。这种生产方法的不足之处在于：无法连续生产，没有商业使用价值，用这种方法得到的多孔膜的孔径不均匀，空隙率较低，膜的强度较低，容易破损，严重制约了质子交换膜燃料电池的发展。

发明内容

本发明的目的在于提供一种工艺简单、容易控制，能连续生产的，提高超高分子量聚乙烯多孔膜的性能，降低生产成本的超高分子量聚乙烯多孔膜的冻胶连续生产方法。

为达到以上目的，本发明所采用的技术方案是：该超高分子量聚乙烯多孔膜的冻胶连续生产方法，其特征在于：它包括以下步骤连续制造完成：

(1)、将分子量为300万-700万的超高分子量聚乙烯、溶剂和添加剂混合成均一物料：

所述的溶剂的加入量为超高分子量聚乙烯重量的70-94％；

所述的添加剂加入量为超高分子量聚乙烯重量的0.01-0.1％；

把超高分子量聚乙烯粉料、溶剂和添加剂分别称量，同时输送到在线高剪切乳化机均化，控制温度保持在30-60℃；

(2)、将所得到的均化物料制成冻胶膜：

把所得到的均化物料送至双螺杆混炼挤出机组，再经喷膜机的模头喷出，进入水槽内冷却成型，成为冻胶膜，控制喷膜机的温度保持在250-260℃，控制水槽的温度保持在10-30℃；

(3)、将所得到的冻胶膜进行双向拉伸制成冻胶薄膜：

所得到的冻胶膜经牵伸机向前牵引的同时进行双向拉伸，双向拉伸的温度控制在30-60℃，纵向拉伸倍率为2-8倍，横向拉伸倍率为2-6倍，从而制成冻胶薄膜；

(4)、将所得到的冻胶薄膜牵引至萃取槽中，用萃取剂去除溶剂后，制成多孔薄膜：

冻胶薄膜经牵引进入萃取槽中，萃取槽中的萃取剂将冻胶薄膜中含有的溶剂去除，制成多孔薄膜，温度控制在20-40℃，连续萃取时间为3-5分钟，萃取完成后，生成的溶剂和萃取剂的混合溶液进行分离、回收，以便重复利用；

(5)、干燥：

多孔薄膜经牵伸机送至干燥机中干燥，保持干燥温度40-45℃，连续干燥时间为2分钟；

(6)、双向拉膜热定型，制成多孔膜：

干燥后的多孔薄膜在145-155℃的温度下进行双向拉伸，纵向拉伸倍率为1-4倍，横向拉伸倍率为1-3倍，制成多孔膜，最后缠绕成卷，在使用时，可以根据不同应用领域对多孔膜的要求，确定双向拉伸的拉伸倍率，根据需要的长度和宽度，自由裁切。

本发明还通过如下措施实施：所述的溶剂为矿物白油。

所述的添加剂为B225抗氧化剂。

所述的萃取剂为二氯甲烷。

在整个生产过程中，采用失重计量自动称量加入原料，进行混合均化，混炼挤出，喷膜后在牵伸机的作用下，依次经过水槽冷却、双向拉伸、萃取槽萃取、干燥、双向拉膜热定型，最后收卷成为卷材。这样可以根据需要任意裁剪成需要的长度和宽度，使用非常方便，适用领域非常广泛。采用本发明制成的超高分子量聚乙烯多孔膜，膜厚为1-30微米，气孔率为30-70％，气孔的平均直径为40-160纳米，纵、横向强度均大于30牛顿/平方米。

本发明的有益效果在于：本发明工艺简单、容易控制，能够连续生产，所制备的超高分子量聚乙烯多孔膜的强度高、抗腐蚀性强、密度低、耐低温、阻醇性高、抗溶胀能力强，可广泛用于质子交换膜燃料电池、电容器隔膜、各种分离膜、水处理膜等领域。

附图说明

图1为本发明制成的超高分子量聚乙烯多孔膜表面扫描电镜照片图。

具体实施方式

实施例1

制作质子交换膜燃料电池用的超高分子量聚乙烯多孔膜。该超高分子量聚乙烯多孔膜的冻胶连续生产方法，其特征在于：它包括以下步骤连续制造完成：

(1)、将分子量为300万的超高分子量聚乙烯、溶剂和添加剂混合成均一物料：

所用的溶剂为矿物白油，加入量为超高分子量聚乙烯重量的82％；

所述的添加剂为B225抗氧化剂，由上海富奇化工有限公司生产，加入量为超高分子量聚乙烯重量的0.03％；

把超高分子量聚乙烯粉料、溶剂和添加剂分别通过失重计量系统自动称量，同时输送到在线高剪切乳化机均化，选用的设备为BDS1系列在线式高剪切乳化机，上海贝而特机电设备科技有限公司生产，控制温度保持在45℃；

(2)、将所得到的均化物料制成冻胶膜：

把所得到的均化物料送至双螺杆混炼挤出机组，再经喷膜机的模头喷出，进入水槽内冷却成型，成为冻胶膜，控制喷膜机的温度保持在255℃，控制水槽的温度保持在20℃；

(3)、将所得到的冻胶膜进行双向拉伸制成冻胶薄膜：

所得到的冻胶膜经牵伸机向前牵引的同时进行双向拉伸，双向拉伸的温度控制在45℃，纵向拉伸倍率为3倍，横向拉伸倍率为3倍，从而制成冻胶薄膜；

冻胶薄膜经牵引进入萃取槽中，萃取槽中的萃取剂将冻胶薄膜中含有的溶剂去除，制成多孔薄膜，温度控制在30℃，连续萃取时间为3分钟，采用萃取剂为二氯甲烷，萃取完成后，生成的溶剂和萃取剂的混合溶液进行分离、回收，以便重复利用；

(5)、干燥：

多孔薄膜经牵伸机送至干燥机中干燥，保持干燥温度42℃，连续干燥时间为2分钟；

(6)、双向拉膜热定型，制成多孔膜：

干燥后的多孔薄膜在150℃的温度下进行双向拉伸，根据质子交换膜燃料电池用对多孔膜的要求，确定纵向拉伸倍率为3倍，横向拉伸倍率为2倍，制成多孔膜，最后缠绕成卷。

采用本发明制成的超高分子量聚乙烯多孔膜，见图1，膜厚为1微米，气孔率为30％，气孔的平均直径为130纳米，强度为60牛顿/平方米。

实施例2

制作水处理膜用的超高分子量聚乙烯多孔膜。该超高分子量聚乙烯多孔膜的冻胶连续生产方法，其特征在于：它包括以下步骤连续制造完成：

(1)、将分子量为700万的超高分子量聚乙烯、溶剂和添加剂混合成均一物料：

所用的溶剂为矿物白油，加入量为超高分子量聚乙烯重量的94％；

所述的添加剂为B225抗氧化剂，加入量为超高分子量聚乙烯重量的0.03％；

把超高分子量聚乙烯粉料、溶剂和添加剂分别通过失重计量系统自动称量，同时输送到高剪切乳化机均化，控制温度保持在30℃；

(2)、将所得到的均化物料制成冻胶膜：

把所得到的均化物料送至双螺杆混炼挤出机组，再经喷膜机的模头喷出，进入水槽内冷却成型，成为冻胶膜，控制喷膜机的温度保持在250℃，控制水槽的温度保持在10℃；

(3)、将所得到的冻胶膜进行双向拉伸制成冻胶薄膜：

所得到的冻胶膜经牵伸机向前牵引的同时进行双向拉伸，双向拉伸的温度控制在30℃，纵向拉伸倍率为2倍，横向拉伸倍率为2倍，从而制成冻胶薄膜；

冻胶薄膜经牵引进入萃取槽中，萃取槽中的萃取剂将冻胶薄膜中含有的溶剂去除，制成多孔薄膜，温度控制在35℃，连续萃取时间为3分钟，采用萃取剂为二氯甲烷，萃取完成后，生成的溶剂和萃取剂的混合溶液进行分离、回收，以便重复利用；

(5)、干燥：

多孔薄膜经牵伸机送至干燥机中干燥，保持干燥温度40℃，连续干燥时间为2分钟；

(6)、双向拉膜热定型，制成多孔膜：

干燥后的多孔薄膜在145℃的温度下进行双向拉伸，根据水处理膜用对多孔膜的要求，确定纵向拉伸倍率为4倍，横向拉伸倍率为3倍，制成多孔膜，最后缠绕成卷。

采用本发明制成的超高分子量聚乙烯多孔膜，膜厚为30微米，气孔率为60％，气孔的平均直径为60纳米，强度为150牛顿/平方米。

实施例3

制作分离膜用的超高分子量聚乙烯多孔膜。该超高分子量聚乙烯多孔膜的冻胶连续生产方法，其特征在于：它包括以下步骤连续制造完成：

(1)、将分子量为500万的超高分子量聚乙烯、溶剂和添加剂混合成均一物料：

所用的溶剂为矿物白油，加入量为超高分子量聚乙烯重量的70％；

所述的添加剂为B225抗氧化剂，加入量为超高分子量聚乙烯重量的0.05％；

把超高分子量聚乙烯粉料、溶剂和添加剂分别通过失重计量系统自动称量，同时输送到高剪切乳化机均化，控制温度保持在60℃；

(2)、将所得到的均化物料制成冻胶膜：

把所得到的均化物料送至双螺杆混炼挤出机组，再经喷膜机的模头喷出，进入水槽内冷却成型，成为冻胶膜，控制喷膜机的温度保持在260℃，控制水槽的温度保持在30℃；

(3)、将所得到的冻胶膜进行双向拉伸制成冻胶薄膜：

所得到的冻胶膜经牵伸机向前牵引的同时进行双向拉伸，双向拉伸的温度控制在40℃，纵向拉伸倍率为4倍，横向拉伸倍率为2倍，从而制成冻胶薄膜；

冻胶薄膜经牵引进入萃取槽中，萃取槽中的萃取剂将冻胶薄膜中含有的溶剂去除，制成多孔薄膜，温度控制在35℃，连续萃取时间为5分钟，采用萃取剂为二氯甲烷，萃取完成后，生成的溶剂和萃取剂的混合溶液进行分离、回收，以便重复利用；

(5)、干燥：

多孔薄膜经牵伸机送至干燥机中干燥，保持干燥温度45℃，连续干燥时间为2分钟；

(6)、双向拉膜热定型，制成多孔膜：

干燥后的多孔薄膜在150℃的温度下进行双向拉伸，根据分离膜用对多孔膜的要求，确定纵向拉伸倍率为3.5倍，横向拉伸倍率为1.5倍，制成多孔膜，最后缠绕成卷。

采用本发明制成的超高分子量聚乙烯多孔膜，膜厚为15微米，气孔率为70％，气孔的平均直径为100纳米，强度为80牛顿/平方米。

Claims

1、一种超高分子量聚乙烯多孔膜的冻胶连续生产方法，其特征在于：它包括以下步骤连续制造完成：

所述的溶剂的加入量为超高分子量聚乙烯重量的70-94％；

所述的添加剂加入量为超高分子量聚乙烯重量的0.01-0.1％；

(2)、将所得到的均化物料制成冻胶膜：

(3)、将所得到的冻胶膜进行双向拉伸制成冻胶薄膜：

(5)、干燥：

(6)、双向拉膜热定型，制成多孔膜：

干燥后的多孔薄膜在145-155℃的温度下进行双向拉伸，纵向拉伸倍率为1-4倍，横向拉伸倍率为1-3倍，制成多孔膜，最后缠绕成卷。

2、根据权利要求1所述的超高分子量聚乙烯多孔膜的冻胶连续生产方法，其特征在于所述的溶剂为矿物白油。

3、根据权利要求1所述的超高分子量聚乙烯多孔膜的冻胶连续生产方法，其特征在于所述的添加剂为B225抗氧化剂。

4、根据权利要求1所述的超高分子量聚乙烯多孔膜的冻胶连续生产方法，其特征在于所述的萃取剂为二氯甲烷。