CN103319747A - 一种电池隔膜材料接枝处理设备及接枝处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电池隔膜材料接枝处理设备及接枝处理方法。一种电池隔膜材料接枝处理设备，包括电池隔膜材料放卷装置、电晕处理机或常温等离子体处理机、光引发剂浸渍装置、光引发剂干燥装置、紫外光照射装置、内含烯类单体溶液浸渍涂布装置的接枝反应装置、紫外辐照接枝装置、水洗装置、干燥装置、电池隔膜材料收卷装置以及导引装置；以及采用上述设备对电池隔膜材料进行接枝处理方法：卷状电池隔膜材料以展开状态通过电晕处理机或常温等离子体处理机，进行预处理；然后通过光引发剂溶液，干燥后进行紫外光照射；之后将其浸渍涂布无氧烯类单体溶液，进行接枝处理；再将含有烯类单体的电池隔膜材料进行无氧状态下紫外辐照接枝；最后水洗、干燥。

Description

一种电池隔膜材料接枝处理设备及接枝处理方法

技术领域

本发明属于电池隔膜制备技术领域，具体涉及一种电池隔膜材料接枝处理设备及接枝处理方法。

背景技术

电池隔膜是二次电池的关键材料之一，其性能好坏直接影响着二次电池的综合性能。二次电池包括镍氢电池、镍锌电池、锌银电池、锌空电池、锂离子电池等，这类电池对电池隔膜的性能要求类似，如有良好的化学稳定性、亲润性、机械强度、透气性和小孔径高孔率的结构特点，只是在要求程度上不完全一致。基于上述要求，人们通常采用维尼纶、尼龙、聚烯烃超细短纤维，聚烯烃微孔膜来制备这些二次电池隔膜。相对而言，维尼纶、尼龙纤维具有良好的亲水性，但化学稳定性较差，聚烯烃材料具有优异的化学稳定性，但其亲润性差，因此人们一直通过磺化、氟化、等离子体、电晕、烯类单体接枝等处理手段，使其具有优良的亲润性，其中烯类单体接枝处理是处理效果非常理想的手段之一。

烯类单体接枝处理方法包括：辐射接枝、光引发接枝、共聚合法接枝、化学接枝。专利CN101740745B公开了一种聚烯烃非织造布碱性电池隔膜的电子束辐射接枝制备新工艺，该工艺以聚烯烃非织造布为基材，使吸附有烯类单体水溶液的聚烯烃非织造布通过电子束辐射装置进行电子束辐射，该工艺实现了连续操作、接枝单体利用率高、产品性能均匀；专利CN1399594公开了在聚烯烃制品上制造丙烯酸接枝聚合物的方法，该方法将聚烯烃制品浸渍于光引发剂在挥发性溶剂中形成的溶液中，在合适的空气或惰性气氛下对聚烯烃制品进行紫外线照射，使丙烯酸接枝到聚烯烃制品表面；专利CN1380344公开了一种聚烯烃塑料熔融接枝单体的力化学方法，该方法将烯类单体溶于溶剂乙醇等中，与聚烯烃粉料混合均匀，使用带有超声波发生器的挤出机进行挤出接枝，获得聚烯烃戒指共聚物或聚合物。通过以上接枝处理方法进行电池隔膜材料烯类单体接枝处理，虽然在性能方面能达到预期的效果和目的，但是存在设备造价昂贵、连续化生产控制难、接枝单体溶液浪费严重、生产综合成本高等问题。如辐射接枝：辐射设备价格高昂、连续化生产实现难；光引发接枝：虽然设备造价相对较低，但是其工艺控制条件要求苛刻，存在光照强度变化、波长控制等难以克服的一致性问题；共聚合法接枝：该方法主要在塑料合成过程中应用，无法应用在电池隔膜材料的接枝处理；化学接枝：是常用的接枝方法，但是接枝反应时间长、无法实现连续化一致性稳定生产，而且烯类单体利用率低(易均聚)，容易对环境造成污染。

发明内容

为克服上述设备及技术方法的不足之处，本发明提供了一种电池隔膜材料接枝处理设备及接枝处理方法，保证了具有设备投资小、工艺流程简单连续、可实现稳定的工业化生产，制得的电池隔膜材料性能均匀一致、产生的均聚物少、烯类单体利用率高、综合成本低，具有广阔的工业化应用前景。

为实现上述发明目的，本发明采取得技术方案是：一种电池隔膜材料接枝处理设备，包括电池隔膜材料放卷装置、电晕处理机或常温等离子体处理机、光引发剂浸渍装置、光引发剂干燥装置、紫外光照射装置、内含烯类单体溶液浸渍涂布装置的接枝反应装置、紫外辐照接枝装置、水洗装置、干燥装置、电池隔膜材料收卷装置以及导引装置，其特征在于：所述烯类单体溶液浸渍涂布装置、接枝反应装置、紫外辐照接枝装置中设有除氧装置。

电晕处理机或常温等离子体处理机的装置上安有排风装置，电晕处理机或常温等离子体处理机在常温下对空气进行放电，同时使预处理过程产生的臭氧及时排出。

紫外光照射装置和紫外辐照接枝装置所用紫外灯的波长为290nm～360nm。

水洗装置采用槽式开幅水洗方式、干燥装置采用滚筒烘干。

采用上述一种电池隔膜材料接枝处理设备对电池隔膜材料进行接枝处理方法，包括下述步骤：待处理的卷状电池隔膜材料以展开状态运动通过电晕处理机或常温等离子体处理机，进行预处理；然后通过光引发剂溶液，风干或烘干后进行紫外光照射；经过紫外光照射的电池隔膜材料浸渍涂布无氧烯类单体溶液，进行接枝处理；再将含有烯类单体的电池隔膜材料进行无氧状态下紫外辐照接枝；对经以上过程处理的电池隔膜材料进行水洗、干燥，得到接枝改性的电池隔膜材料。

以质量分数计，所述烯类单体水溶液中含烯类单体3～50％、润湿剂0.05～0.3％、还原剂0～1％、水余量；作为优选方案，烯类单体20～40％、润湿剂0.1～0.25％、还原剂0.3～0.5％、水余量。

以质量分数计，所述光引发剂溶液中光引发剂0.05～5％、无水乙醇余量；作为优选方案，光引发剂溶液中光引发剂1～3％、无水乙醇余量。

所述烯类单体为丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、衣康酸、不饱和香芹酮酸、氨基磺酸、烯基磺酸、烯基磺酸钠中的一种或多种形成的混合物。

所述润湿剂为：烷基醚硫酸钠、烷基酚醚二磺酸钠、烷基苯磺酸钠中的一种或两种混合物，目的是增加烯类单体溶液与电池隔膜材料的亲润能力，使烯类单体溶液快速渗透到作为接枝基材的电池隔膜材料中。

所述还原剂为偏重亚硫酸钠，目的是使预处理产生的过氧基团活化成自由基，提高电池隔膜材料的接枝效果。

所述光引发剂为二苯甲酮、芴酮、安息香、安息香乙醚等化合物中的一种，浸渍光引发剂的电池隔膜材料，干燥后通过紫外光照射，目的是提高自由基的数量，提高电池隔膜材料的接枝效果，所需紫外光波长为290nm～360nm。

所述的一种电池隔膜材料接枝处理方法中，通过浸渍涂布使烯类单体溶液有效吸附到电池隔膜材料中，并对烯类单体溶液附着量进行定量控制。

本发明中，作为接枝基材的电池隔膜材料可由天然高分子或合成高分子材料制成，或由合成高分子纤维材料通过湿法造纸、干法梳理及拉丝成形的方式制成，适应本发明方法产业化应用主要电池隔膜材料为聚烯烃微孔膜、湿法造纸成型无纺布、干法梳理成型无纺布及其他类型结构的无纺布或复合物。

本发明技术方案中：待处理卷状电池隔膜材料放在放卷装置上，以展开状态经引导装置导引依次连续运动通过电晕处理机或常温等离子体处理机、光引发剂浸渍装置、光引发剂干燥装置、紫外光照射装置、内含烯类单体溶液浸渍涂布装置的接枝反应装置、紫外辐照接枝装置、水洗装置、干燥装置、电池隔膜材料收卷装置。电池隔膜材料以展开状态运动通过电晕处理机或常温等离子体处理机，目的是产生足够多的自由基和过氧基团；浸渍光引发剂干燥后进行紫外光照射，目的是进一步提高自由基和过氧基团的数量；电池隔膜材料浸渍涂布无氧烯类单体溶液，进行接枝处理，其中的烯类单体是一类含有不饱和双键的、可以通过自由基引发聚合的化合物或混合物；将含有烯类单体的电池隔膜材料进行无氧状态下紫外辐照接枝，目的是进一步提高电池隔膜材料的自由基接枝聚合效果；进行水洗干燥，得到目标产品。

本发明所提供的一种电池隔膜材料接枝处理设备及接枝处理方法，用电晕处理机或常温等离子体处理机预处理及结合紫外光照射处理，产生所需的自由基和过氧基团，极大的降低了设备投入；用浸渍涂布技术方法，使烯类单体溶液均匀定量的连续吸附到运动的电池隔膜材料中，用电池隔膜材料内空隙替代了其他方法过程中的反应溶液容器，缩小了浴比，大幅度提高了烯类接枝单体的利用率，预防了烯类单体接枝液的均聚，极大降低了电池隔膜材料接枝处理的综合成本，而接枝率可以通过调节烯类单体接枝液的浓度、电池隔膜材料对烯类单体接枝液的吸附量以及展开运动的速度来控制。

成卷的电池隔膜材料在放卷装置上放出，在引导装置的引导下依次通过预处理、光引发剂浸渍烘干、紫外光照射、烯类单体接枝液浸渍涂布、接枝反应、紫外辐照接枝、水洗、烘干等工段后，由收卷装置收卷；放卷装置上带有恒张力控制装置，用以控制电池隔膜材料运行过程中的张力；烯类单体溶液浸渍涂布装置、接枝反应装置、紫外辐照接枝装置设有除氧装置，以提高电池隔膜材料的接枝处理效果。

引用文献：

非专利文献1：湖北工业大学学报，2005年8月第20卷第4期，P62～64，丙烯酸在PP膜表面的紫外光辐射接枝；

非专利文献2：印染(2008N021)，PE/PP非织造布的次辉光放电接枝改性；

非专利文献3：高分子材料科学与工程，1997年5月第13卷第3期，P16～19，聚丙烯纤维与丙烯酸辐射接枝共聚反应的研究；

非专利文献4：河南工程学院报(自然科学版)，2009年第21卷第1期，丙烯酸接枝改性丙纶纺粘非织造布探讨；

非专利文献5：高分子材料科学与工程，2004年第20卷第6期，P153～156，用于除去浓缩果汁中微量重金属的螯合纤维的研制——(I)PP无纺布紫外接枝丙烯酸的条件及性能；

专利文献1：中国专利，CN102108635B。

附图说明

图1是本发明一种电池隔膜材料接枝处理设备结构示意图，其中1为电池隔膜材料放卷装置，2为电晕处理机或常温等离子体处理机，3为光引发剂浸渍装置，4为光引发剂干燥装置，5为紫外光照射装置，6为烯类单体溶液浸渍涂布装置，7为接枝反应装置，8为紫外辐照接枝装置，9为水洗装置，10为干燥装置，11为收卷装置，12为导引装置，13为排风装置，14为电池隔膜材料，15为除氧装置，16为储料罐，17为阀门。

具体实施方式

实施例中所使用的具体操作都为本领域技术人员在一定范围内的常规技术选择，并可以对不同的产品进行调整，具体可参考引用文献，为本领域的常用技术手段。

如图1所示，一种电池隔膜材料接枝处理设备主要包括电池隔膜材料14放卷装置1、电晕处理机或常温等离子体处理机2、光引发剂浸渍装置3、光引发剂干燥装置4、紫外光照射装置5、内含烯类单体溶液浸渍涂布装置6的接枝反应装置7、紫外辐照接枝装置8、水洗装置9、干燥装置10、收卷装置11以及将各部分依次贯穿起来的导引装置12及引导辊。电晕处理机或常温等离子体处理机2上装有排风装置13，为了将产生的臭氧及时排出；为提高电池隔膜材料的接枝效果，在烯类单体溶液浸渍涂布装置6、接枝反应装置7、紫外辐照接枝装置8设有除氧装置15。

一种电池隔膜材料接枝处理方法，步骤为：

1)配置烯类单体水溶液(具体配比见表1)，注入储料罐16中，通过阀门17控制流入浸渍涂布装置6中。

2)将待处理电池隔膜材料14长卷放在放卷装置1上，以展开状态经引导装置12及引导辊导引依次连续运动通过电晕处理机或常温等离子体处理机2、光引发剂浸渍装置3、光引发剂干燥装置4、紫外光照射装置5、内含烯类单体溶液浸渍涂布装置6的接枝反应装置7、紫外辐照接枝装置8、水洗装置9、干燥装置10、最后由收卷装置11收卷。

电池隔膜材料14经过预处理、经波长为330nm紫外光照射60s后，在接枝反应装置7内，电池隔膜材料通过浸渍涂布装置6将烯类单体溶液充分浸透吸收，然后用压榨辊挤压，将隔膜材料上多余的烯类单体溶液挤去，使烯类单体溶液定量的吸附到电池隔膜材料上，并在无氧状态下开始接枝反应10min，然后经过波长为330nm紫外辐照接枝90s，再被导引至水洗装置9进行水洗，以除去未反应的烯类单体和均聚物，最后经干燥装置10干燥后由收卷装置11收卷，即得到接枝改性的电池隔膜材料，过程可根据接枝效果进行速度调整。

实验结果如表1所示，结果证明，使用本申请所述的这种电池隔膜材料接枝处理方法制得的电池隔膜材料性能均匀一致、产生的均聚物少、烯类单体利用率高，具有良好的技术效果。

Claims (5)

1.一种电池隔膜材料接枝处理设备，包括电池隔膜材料放卷装置、电晕处理机或常温等离子体处理机、光引发剂浸渍装置、光引发剂干燥装置、紫外光照射装置、内含烯类单体溶液浸渍涂布装置的接枝反应装置、紫外辐照接枝装置、水洗装置、干燥装置电池隔膜材料收卷装置以及导引装置，其特征在于：所述烯类单体溶液浸渍涂布装置、接枝反应装置、紫外辐照接枝装置中设有除氧装置。

2.根据权利要求1所述一种电池隔膜材料接枝处理设备，其特征在于：电晕处理机或常温等离子体处理机的装置上安有排风装置，电晕处理机或常温等离子体处理机在常温下对空气进行放电。

3.根据权利要求1或2所述一种电池隔膜材料接枝处理设备，其特征在于：紫外光照射装置和紫外辐照接枝装置所用紫外灯的波长为290nm～360nm。

4.使用权利要求1～3之一的设备进行电池隔膜材料接枝处理方法，其特征是，该方法包括下述步骤：卷状电池隔膜材料以展开状态通过电晕处理机或常温等离子体处理机，进行预处理；然后通过光引发剂溶液，风干或烘干后进行紫外光照射；经过紫外光照射的电池隔膜材料浸渍涂布无氧烯类单体溶液，进行接枝处理；再将含有烯类单体的电池隔膜材料进行无氧状态下紫外辐照接枝；对辐照接枝后的电池隔膜材料进行水洗、干燥。

以质量分数计，所述烯类单体水溶液中含烯类单体3～50％、润湿剂0.05～0.3％、还原剂0～1％、水余量；所述光引发剂溶液中光引发剂0.05～5％、无水乙醇余量。

其中，所述烯类单体为丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、衣康酸、不饱和香芹酮酸、氨基磺酸、烯基磺酸、烯基磺酸钠中的一种或多种。

所述润湿剂为烷基醚硫酸钠、烷基酚醚二磺酸钠、烷基苯磺酸钠中的一种或两种。

所述还原剂为偏重亚硫酸钠。

所述光引发剂为二苯甲酮、芴酮、安息香、安息香乙醚。

5.权利要求4所述的电池隔膜材料接枝处理方法，其特征是，通过浸渍涂布使烯类单体溶液有效吸附到电池隔膜材料中，并对烯类单体溶液附着量进行定量控制。

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