CN113914142B - 一种锌银电池用亲水性隔膜纸及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种锌银电池用亲水性隔膜纸及其制备方法，属于特种纸及其制造技术领域，其以棉浆纤维、马尼拉麻浆纤维为原料；按重量份数比，所述原料由以下组分组成：70～90份棉浆纤维、10～30份马尼拉麻浆纤维，所述原料经打浆处理后，添加一定量的湿强剂，并加水混合均匀，经分散剂分散后输送至斜网造纸机上经过成型、压榨、烘干、卷取、复卷分切等步骤得到盘纸成品。该隔膜纸具有湿抗张强度高、吸碱速度快、吸碱率高、亲水性好等特点，能满足锌银贮备电池快速激活的要求。

Description

一种锌银电池用亲水性隔膜纸及其制备方法
技术领域
本发明属于特种纸及其制造技术领域，具体涉及一种锌银电池用亲水性隔膜纸及其制备方法。
背景技术
电化学能源由于其具有清洁、高效、维护方便等诸多优点在能源的可持续发展中扮演着重要角色。随着科技水平的日益进步以及生活质量的提高，各类新型电池相应而生，特别是通讯、汽车、电子、航天诸类行业的发展，对高能量、高功率、体积小、质量轻、寿命长、无污染电池的需求日益强烈，间接促进了电池品种的不断更新。
锌银电池具有比能高、比功率大、放电电压平稳、可大电流放电、贮存性能好等优点，主要运用于导弹、运载火箭、鱼雷、卫星等武器装备中，为动力、控制、舵机、遥测、安全等系统提供电力。由于锌银电池存在锌电极腐蚀、氧化银电极溶解、隔膜及电解液发生降解反应等问题，如果电极和隔膜长期浸泡在电解液中会降低电池的存储寿命。为了满足行业的存储要求，自动激活贮备电池得到发展，锌银贮备电池应运而生。为了长期贮存，锌银贮备电池在使用前是将极板和电解液是分开存放的，当电池需要工作时，将电解液快速注入电池内部，隔膜吸收电解液后，电池被激活就可以正常工作。
电池隔膜是化学电池中的关键材料之一，被称为电池的“第三极”，它位于电池的正极和负极之间，主要作用是隔离电池正负极活性物质，防止因两极活性物质直接接触而产生电池内部的短路。
随着锌银贮备电池的发展，现代的锌银贮备电池必须有能力高速率放电，必须在激活后几秒钟达到全功率输出。此外，锌银贮备电池采用的电解液是40％的KOH水溶液，具有强烈的腐蚀性。因此，对用于锌银贮备电池的隔膜纸来说，需具备如下基本性能：
(1)电子绝缘，能防止电子直接在正、负极的活性物质之间移动而发生内部短路；
(2)机械性能和尺寸稳定性好，能满足隔膜纸的加工装配要求，同时防止电池在运输过程中遇到震荡或冲击时隔膜可能出现破损，造成电池短路；
(3)具有良好的吸收电解液的性能和良好的电解液保持能力，满足电池快速激活的要求；
(4)具有良好的化学稳定性，防止隔膜纸在电解液中因收缩过大引起变形而造成电池短路。
目前锌银贮备电池隔膜主要是亲水性隔膜和聚乙烯醇(PVA)隔膜组合使用。亲水性隔膜主要起到隔离作用，采用耐碱植物纤维抄造，具有较好的亲液性能，电解液注入后，能够迅速激活电池达到正常工作电压，然而亲水性隔膜抗张强度与湿抗张强度均较低，遇到震荡或冲击时隔膜可能出现破损，造成电池短路。
发明内容
针对现有技术中存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种具有湿抗张强度高、吸碱速度快、吸碱率高等特点的锌银电池用亲水性隔膜纸及其制备方法，满足锌银贮备电池快速激活的使用要求。
所述的一种锌银电池用亲水性隔膜纸，其特征在于，其以棉浆纤维、马尼拉麻浆纤维为原料；按重量份数比，所述原料由以下组分组成：70～90份棉浆纤维、10～30份马尼拉麻浆纤维，所述原料经打浆处理后，添加一定量的湿强剂，并加水混合均匀，经分散剂分散后采用斜网造纸机湿法抄造工艺制造。
进一步地，本发明还限定了所述棉浆经打浆后，打浆度为25～40°SR，纤维湿重为4.2～7.5g；所述马尼拉麻浆经打浆后，打浆度为15～25°SR，纤维湿重为15.4～19.8g。
进一步地，本发明还限定了隔膜纸的定量为29～33g/m2，厚度为0.075～0.08mm，纵向抗张强度≥0.3kN/m，横向抗张强度≥0.15kN/m，纵向湿抗张强度≥0.1kN/m，横向湿抗张强度≥0.08kN/m，纵向吸碱速度≥17mm/1min，吸碱率≥300％。
进一步地，本发明还限定了所述的湿强剂为聚酰胺环氧氯丙烷树脂。
进一步地，本发明还限定了所述的分散剂为聚氧化乙烯。
更进一步地，本发明还限定了所述的一种锌银电池用亲水性隔膜纸的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)取重量份数为70～90份的棉浆纤维放入已贮有适量水的打浆机中，纤维在水中的质量浓度为2～3％，下刀打浆至浆料打浆度为25～40°SR，纤维湿重为4.2～7.5g时停止打浆。
2)取重量份数为10～30份的马尼拉麻浆纤维放入已贮有适量水的打浆机中，纤维在水中的质量浓度为2～3％，下刀打浆至浆料打浆度为15～25°SR，纤维湿重为15.4～19.8g时停止打浆。
3)将上述两种浆料放入配浆池中，加水配至浆料质量浓度为0.2～0.5％，然后加入适量的湿强剂，其用量为绝干纤维总重量的0.3～1.0％，再加入适量的分散剂(用量为绝干纤维总重量的0.2％～0.4％)，搅拌均匀。
4)将步骤3)配制好的浆料输送至斜网造纸机的锥形布浆器，经上网成型、脱水、压榨、烘干、卷取后，分切成盘得到锌银电池用亲水性隔膜纸。
进一步地，本发明还限定了所述的湿强剂为聚酰胺环氧氯丙烷树脂。
进一步地，本发明还限定了所述的分散剂为聚氧化乙烯。
通过采用上述技术，相比于现有技术，本发明具有如下有益效果：
1)本发明采用棉浆纤维和马尼拉麻浆纤维按一定比例混合抄造，植物纤维可利用纤维上的“羟基”在纸张干燥过程中形成“氢键”产生结合强度，隔膜纸的强度得到提高，制备隔膜纸的工艺过程更加绿色环保；
2)本发明采用的棉浆纤维和马尼拉麻浆纤维经过打浆处理后，纤维具有很好的分丝帚化的能力，大大提高了纤维与纤维之间的接触面积，提高了隔膜纸的强度，同时也降低了隔膜纸的孔径，对隔膜纸抗锌枝晶穿透的能力也有一定程度的增强；
3)本发明采用聚酰胺环氧氯丙烷树脂作为湿强剂，是一种高分子聚合物，其本身具有较好的耐碱性能，不仅能明显提高隔膜纸的湿抗张强度，还可以适当提高隔膜纸的耐碱稳定性。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，但本发明的保护范围并不限于此。
实施例1
1)取70kg的棉浆放入已贮有3430kg水的打浆机中，纤维在水中的质量浓度为2％，先疏解20min，再下刀打浆至打浆度为35°SR，纤维湿重为4.6g，然后起刀将浆料放入配浆池中。
2)取30kg的马尼拉麻浆放入已贮有1470kg水的打浆机中，纤维在水中的质量浓度为2％，先疏解20min，再下刀打浆至打浆度为22°SR，纤维湿重为16.4g，然后起刀将浆料放入配浆池中。
3)在配浆池中加45000kg水配至成浆料质量浓度为0.2％，加入0.5％的聚酰胺环氧氯丙烷树脂(质量分数，对绝干纤维总重量)，再加入0.4％的聚氧化乙烯分散剂(质量分数，对绝干纤维总重量)，搅拌均匀。
4)将混合浆料输送至斜网造纸机的锥形布浆器，经上网成型、脱水、压榨、烘干、卷取、复卷、分切成盘得到锌银电池用亲水性隔膜纸，隔膜纸的定量为29.1g/m2，厚度为0.076mm，纵向抗张强度为0.51kN/m，横向抗张强度为0.32kN/m，纵向湿抗张强度为0.23kN/m，横向湿抗张强度为0.13kN/m，纵向吸碱速度为21mm/1min，吸碱率为425％。
实施例2
1)取80kg的棉浆放入已贮有3920kg水的打浆机中，纤维在水中的质量浓度为2％，先疏解20min，再下刀打浆至打浆度为25°SR，纤维湿重为7.5g，然后起刀将浆料放入配浆池中。
2)取20kg的马尼拉麻浆放入已贮有980kg水的打浆机中，纤维在水中的质量浓度为2％，先疏解20min，再下刀打浆至打浆度为18°SR，纤维湿重为17.9g，然后起刀将浆料放入配浆池中。
3)在配浆池中加45000kg水配至成浆料质量浓度为0.2％，加入0.6％的聚酰胺环氧氯丙烷树脂(质量分数，对绝干纤维总重量)，再加入0.2％的聚氧化乙烯分散剂(质量分数，对绝干纤维总重量)，搅拌均匀。
4)将混合浆料输送至斜网造纸机的锥形布浆器，经上网成型、脱水、压榨、烘干、卷取、复卷、分切成盘得到锌银电池用亲水性隔膜纸，隔膜纸的定量为30.6g/m2，厚度为0.079mm，纵向抗张强度为0.53kN/m，横向抗张强度为0.34kN/m，纵向湿抗张强度为0.24kN/m，横向湿抗张强度为0.14kN/m，纵向吸碱速度为20mm/1min，吸碱率为416％。
实施例3
1)取75kg的棉浆放入已贮有2425kg水的打浆机中，纤维在水中的质量浓度为3％，先疏解20min，再下刀打浆至打浆度为40°SR，纤维湿重为4.2g，然后起刀将浆料放入配浆池中。
2)取25kg的马尼拉麻浆放入已贮有1225kg水的打浆机中，纤维在水中的质量浓度为2％，先疏解20min，再下刀打浆至打浆度为25°SR，纤维湿重为15.4g，然后起刀将浆料放入配浆池中。
3)在配浆池中加46250kg水配至成浆料质量浓度为0.2％，加入0.8％的聚酰胺环氧氯丙烷树脂(质量分数，对绝干纤维总重量)，再加入0.4％的聚氧化乙烯分散剂(质量分数，对绝干纤维总重量)，搅拌均匀。
4)将混合浆料输送至斜网造纸机的锥形布浆器，经上网成型、脱水、压榨、烘干、卷取、复卷、分切成盘得到锌银电池用亲水性隔膜纸，隔膜纸的定量为33.0g/m2，厚度为0.078mm，纵向抗张强度为0.58kN/m，横向抗张强度为0.37kN/m，纵向湿抗张强度为0.25kN/m，横向湿抗张强度为0.15kN/m，纵向吸碱速度为19mm/1min，吸碱率为405％。
实施例4
1)取90kg的棉浆放入已贮有4410kg水的打浆机中，纤维在水中的质量浓度为2％，先疏解20min，再下刀打浆至打浆度为37°SR，纤维湿重为4.5g，然后起刀将浆料放入配浆池中。
2)取10kg的马尼拉麻浆放入已贮有490kg水的打浆机中，纤维在水中的质量浓度为2％，先疏解20min，再下刀打浆至打浆度为20°SR，纤维湿重为16.8g，然后起刀将浆料放入配浆池中。
3)在配浆池中加15000kg水配至成浆料质量浓度为0.5％，加入0.4％的聚酰胺环氧氯丙烷树脂(质量分数，对绝干纤维总重量)，再加入0.3％的聚氧化乙烯分散剂(质量分数，对绝干纤维总重量)，搅拌均匀。
4)将混合浆料输送至斜网造纸机的锥形布浆器，经上网成型、脱水、压榨、烘干、卷取、复卷、分切成盘得到锌银电池用亲水性隔膜纸，隔膜纸的定量为32.4g/m2，厚度为0.08mm，纵向抗张强度为0.56kN/m，横向抗张强度为0.35kN/m，纵向湿抗张强度为0.22kN/m，横向湿抗张强度为0.12kN/m，纵向吸碱速度为22mm/1min，吸碱率为420％。
实施例5
1)取85kg的棉浆放入已贮有4165kg水的打浆机中，纤维在水中的质量浓度为2％，先疏解20min，再下刀打浆至打浆度为29°SR，纤维湿重为6.2g，然后起刀将浆料放入配浆池中。
2)取15kg的马尼拉麻浆放入已贮有485kg水的打浆机中，纤维在水中的质量浓度为3％，先疏解20min，再下刀打浆至打浆度为15°SR，纤维湿重为19.8g，然后起刀将浆料放入配浆池中。
3)在配浆池中加45250kg水配至成浆料质量浓度为0.2％，加入1.0％的聚酰胺环氧氯丙烷树脂(质量分数，对绝干纤维总重量)，再加入0.4％的聚氧化乙烯分散剂(质量分数，对绝干纤维总重量)，搅拌均匀。
4)将混合浆料输送至斜网造纸机的锥形布浆器，经上网成型、脱水、压榨、烘干、卷取、复卷、分切成盘得到锌银电池用亲水性隔膜纸，隔膜纸的定量为31.3g/m2，厚度为0.075mm，纵向抗张强度为0.54kN/m，横向抗张强度为0.34kN/m，纵向湿抗张强度为0.28kN/m，横向湿抗张强度为0.17kN/m，纵向吸碱速度为18mm/1min，吸碱率为403％。
实施例6
1)取78kg的棉浆放入已贮有3822kg水的打浆机中，纤维在水中的质量浓度为2％，先疏解20min，再下刀打浆至打浆度为32°SR，纤维湿重为5.7g，然后起刀将浆料放入配浆池中。
2)取22kg的马尼拉麻浆放入已贮有1078kg水的打浆机中，纤维在水中的质量浓度为2％，先疏解20min，再下刀打浆至打浆度为24°SR，纤维湿重为16.1g，然后起刀将浆料放入配浆池中。
3)在配浆池中加20000kg水配至成浆料质量浓度为0.4％，加入0.9％的聚酰胺环氧氯丙烷树脂(质量分数，对绝干纤维总重量)，再加入0.2％的聚氧化乙烯分散剂(质量分数，对绝干纤维总重量)，搅拌均匀。
4)将混合浆料输送至斜网造纸机的锥形布浆器，经上网成型、脱水、压榨、烘干、卷取、复卷、分切成盘得到锌银电池用亲水性隔膜纸，隔膜纸的定量为31.8g/m2，厚度为0.076mm，纵向抗张强度为0.55kN/m，横向抗张强度为0.35kN/m，纵向湿抗张强度为0.27kN/m，横向湿抗张强度为0.16kN/m，纵向吸碱速度为19mm/1min，吸碱率为410％。
实施例7
1)取82kg的棉浆放入已贮有4018kg水的打浆机中，纤维在水中的质量浓度为2％，先疏解20min，再下刀打浆至打浆度为30°SR，纤维湿重为5.9g，然后起刀将浆料放入配浆池中。
2)取18kg的马尼拉麻浆放入已贮有882kg水的打浆机中，纤维在水中的质量浓度为2％，先疏解20min，再下刀打浆至打浆度为23°SR，纤维湿重为16.3g，然后起刀将浆料放入配浆池中。
3)在配浆池中加28333kg水配至成浆料质量浓度为0.3％，加入0.7％的聚酰胺环氧氯丙烷树脂(质量分数，对绝干纤维总重量)，再加入0.4％的聚氧化乙烯分散剂(质量分数，对绝干纤维总重量)，搅拌均匀。
4)将混合浆料输送至斜网造纸机的锥形布浆器，经上网成型、脱水、压榨、烘干、卷取、复卷、分切成盘得到锌银电池用亲水性隔膜纸，隔膜纸的定量为29.8g/m2，厚度为0.077mm，纵向抗张强度为0.51kN/m，横向抗张强度为0.33kN/m，纵向湿抗张强度为0.24kN/m，横向湿抗张强度为0.15kN/m，纵向吸碱速度为18mm/1min，吸碱率为416％。
实施例8
1)取72kg的棉浆放入已贮有3528kg水的打浆机中，纤维在水中的质量浓度为2％，先疏解20min，再下刀打浆至打浆度为34°SR，纤维湿重为5.1g，然后起刀将浆料放入配浆池中。
2)取28kg的马尼拉麻浆放入已贮有1372kg水的打浆机中，纤维在水中的质量浓度2％，先疏解20min，再下刀打浆至打浆度为17°SR，纤维湿重为18.3g，然后起刀将浆料放入配浆池中。
3)在配浆池中加45000kg水配至成浆料质量浓度为0.2％，加入0.3％的聚酰胺环氧氯丙烷树脂(质量分数，对绝干纤维总重量)，再加入0.4％的聚氧化乙烯分散剂(质量分数，对绝干纤维总重量)，搅拌均匀。
4)将混合浆料输送至斜网造纸机的锥形布浆器，经上网成型、脱水、压榨、烘干、卷取、复卷、分切成盘得到锌银电池用亲水性隔膜纸，隔膜纸的定量为32.8g/m2，厚度为0.079mm，纵向抗张强度为0.57kN/m，横向抗张强度为0.36kN/m，纵向湿抗张强度为0.20kN/m，横向湿抗张强度为0.12kN/m，纵向吸碱速度为24mm/1min，吸碱率为438％。

Claims (2)

1.一种锌银电池用亲水性隔膜纸，其原料包括以下组份：70～90份重量份的棉浆纤维、10～30份重量份的马尼拉麻浆纤维、绝干纤维总重量0.3～1.0%的湿强剂、绝干纤维总重量0.2%～0.4%的聚氧化乙烯，其特征在于所述锌银电池用亲水性隔膜纸的制备方法包括以下步骤：
1）取重量份数为70～90份的棉浆纤维放入已贮有适量水的打浆机中，棉浆纤维在水中的质量浓度为2～3%，下刀打浆至浆料打浆度为25～40°SR，纤维湿重为4.2～7.5g时停止打浆；
2）取重量份数为10～30份的马尼拉麻浆纤维放入已贮有适量水的打浆机中，纤维在水中的质量浓度为2～3%，下刀打浆至浆料打浆度为15～25°SR，纤维湿重为15.4～19.8g时停止打浆；
3）将步骤1）和步骤2）所得的两种浆料放入配浆池中，加水配至浆料质量浓度为0.2～0.5%，然后加入适量的湿强剂和聚氧化乙烯，搅拌均匀；
4）将步骤3）配制好的浆料输送至斜网造纸机的锥形布浆器，经上网成型、脱水、压榨、烘干、卷取后，分切成盘得到锌银电池用亲水性隔膜纸，隔膜纸的定量为29～33g/m2，厚度为0.075～0.08mm，纵向抗张强度≥0.3kN/m，横向抗张强度≥0.15kN/m，纵向湿抗张强度≥0.1kN/m，横向湿抗张强度≥0.08kN/m，纵向吸碱速度≥17mm/1min，吸碱率≥300%。
2.根据权利要求1所述的一种锌银电池用亲水性隔膜纸，其特征在于所述湿强剂为聚酰胺环氧氯丙烷树脂。
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