專利名稱：含硅氧烷的氯乙烯共聚物及其制備、其制得的蓄電池隔板和制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種含硅氧烷的氯乙烯共聚物、其制備方法以及其制得的蓄電池隔板和制備方法，尤其涉及一種PVC-g-POSS的新型納米復(fù)合材料、其制備方法及使用該材料制作而成的蓄電 池隔板和制作方法。
背景技術(shù)：
無機(jī)-有機(jī)納米復(fù)合材料通常兼具無機(jī)納米粒子以及有機(jī)聚合物的優(yōu)點(diǎn)，因而成為現(xiàn)今材料科學(xué)中極具發(fā)展前景的一種新型材料。多面體低聚倍半硅氧烷(POSS)不同于二氧化硅、有機(jī)硅和其他填料，它是一種具有納米尺寸及籠狀結(jié)構(gòu)的無機(jī)-有機(jī)摻雜復(fù)合物。POSS的有機(jī)官能團(tuán)使其與聚合物及有機(jī)單體在納米結(jié)構(gòu)尺寸上有很好的相容性，同時(shí)使得籠型POSS可通過支化、接枝、共聚等聚合反應(yīng)添加到材料當(dāng)中去，制備出新型的雜化材料。因此POSS獨(dú)特的結(jié)構(gòu)與性能為增強(qiáng)聚合物復(fù)合材料，提高材料的耐溫性、抗氧化性、阻燃性、親水性及力學(xué)性能諸多方面提供了機(jī)遇，尤其在改性聚合物、制備新的無機(jī)-有機(jī)雜化新材料方面被廣泛的應(yīng)用。在蓄電池中，隔板設(shè)置在正負(fù)極板之間，起到電絕緣體的作用，又同時(shí)允許離子電流在電極之間的電解質(zhì)中能自由通過。為了實(shí)現(xiàn)所述的多個(gè)功能，就需要隔板是多孔材料且孔隙率盡可能的高，以降低蓄電池內(nèi)阻，同時(shí)厚度需薄，以增加單位體積內(nèi)蓄電池的電極組。目前鉛酸蓄電池使用的隔板材料大都為板式，亦有袋式隔板。按隔板的制造原料不同，可將隔板分為以下幾類(I)塑料隔板。主要是聚氯乙烯(PVC)原料或聚乙烯(PE)原料，例如有PVC-SiO2等材質(zhì)制作成的微孔隔板，該隔板性能穩(wěn)定，但其價(jià)格昂貴；⑵橡膠隔板。其原材料取自天然橡膠，因而受原料資源所限，同時(shí)又有孔徑小，內(nèi)阻大等問題；(3)玻璃纖維隔板。因原材料玻璃纖維太脆，抗震能力極差而影響到使用效果；(4)無紡隔板。其結(jié)構(gòu)是纖維網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，所以孔徑小、孔隙率高、內(nèi)阻低并且隔板韌性好，但其隔板剛度不夠。國(guó)內(nèi)蓄電池隔板材料大都選用聚乙烯(PE)、聚氯乙烯(PVC)等，如德國(guó)進(jìn)口的阿莫西爾微孔PVC-SiO2隔板，受到廣大電池廠商的青睞。同時(shí)專利CN1300864C公布了一種用于蓄電池的吸附性隔板，其包括熱塑性聚合物PVC與一種惰性填料SiO2在溶劑的作用下充分均勻混合，將混合物通過擠壓剪切等機(jī)械操作最終制成PVC-SiO2隔板。專利CN1985385A公布了一種用于鉛酸電池的隔板，主要由聚烯烴樹脂、無機(jī)粉末和礦物油并且包含作為輔助材料的表面活性劑制成的多孔膜。以上隔板的制作方法的缺陷是將無機(jī)填料以物理共混的方式與聚合物混合，所以常規(guī)的機(jī)械混合難以保證填料在聚合物基體中的分散，從而難以達(dá)到納米填料應(yīng)有的效果，在鉛酸蓄電池長(zhǎng)期使用后容易造成無機(jī)填料脫落，縮短隔板使用壽命，也得不到真正意義上的“納米塑料”。專利CN201450040U公布了一種蓄電池隔板，包括玻璃纖維隔板，特點(diǎn)是在玻璃纖維隔板表面覆有一層塑料膜。所述塑料膜為聚乙烯(PE)膜，其上均勻密布有小孔，覆于玻璃纖維隔板的一側(cè)表面。專利CN1147943C公布了一種玻璃纖維增強(qiáng)的吸濕隔板，包括第一層玻璃纖維層，第二層玻璃纖維層和插在第一層和第二層之間的熱固性樹脂帶，該熱固性樹脂帶是由粘性液體形式的熱固性樹脂涂覆在該玻璃纖維制的下層上形成的。這種制作蓄電池隔板的方法是將部件兩兩粘合到一起，其缺點(diǎn)在于生產(chǎn)過程中需要涂覆粘合劑，然而證明所用粘合劑的劑量是有問題的，一方面施加量過少，從而使粘合的絨狀物在使用的過程中容易造成脫落，另一方面，如果施加的粘合劑量過大，粘合劑可能會(huì)透過絨狀物，就會(huì)造成粘合劑污染電解質(zhì)，同時(shí)粘合劑過多會(huì)造成隔板電阻增大，影響蓄電池工作效率，進(jìn)而對(duì)蓄電池造成損壞。專利CN101320792A公布了一種鉛酸蓄電池隔板，其特征是在橡膠隔板或聚乙烯隔板的一側(cè)設(shè)有襯板，該襯板由O. 3 O. 5mm厚的聚氯乙烯薄膜吸塑成型，表面成波紋狀，沿波峰、波谷部位均勻整齊地密布小圓孔。這種制作蓄電池隔板的方法缺點(diǎn)在于以橡膠隔板或者聚乙烯隔板作為襯板，造成隔板整體強(qiáng)度不夠，韌性不好，同時(shí)襯板上有很多直徑為2 3. 5_的小圓孔，蓄電池長(zhǎng)時(shí)間充放電后會(huì)引起隔板枝晶生長(zhǎng)，容易造成蓄電池短路，嚴(yán)重影響了蓄電池的使用性能和壽命
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的首要技術(shù)問題是提供一種含硅氧烷的氯乙烯共聚物PVC-g-POSS，該聚合物適于制備具有良好的強(qiáng)度和親水性的蓄電池隔板。本發(fā)明所述的含硅氧烷的氯乙烯共聚物，分子量在20000 50000，結(jié)構(gòu)式如下所
示
Cl
~— C~)x ( R' ~)y~
R o^Si^°^Si
Si^
I O\ O
O \O I
—K—R
^SicP Si-0式(I)中，R可選自苯基、環(huán)己基、環(huán)戊基、乙基、異丁基等惰性基團(tuán)中的一個(gè)；R’選自下列之一
權(quán)利要求
1.一種含硅氧烷的氯乙烯共聚物，分子量在20000 50000，結(jié)構(gòu)式如下所示
2.如權(quán)利要求I所述的含硅氧烷的氯乙烯共聚物，其特征在于y/(x+y)的取值為15 75%。
3.如權(quán)利要求I所述的含硅氧烷的氯乙烯共聚物，其特征在于y/(x+y)的取值為30 75%。
4.一種如權(quán)利要求I所述的含硅氧烷的氯乙烯共聚物的制備方法，其特征在于所述制備方法為在反應(yīng)溶劑中，氯乙烯單體和結(jié)構(gòu)如式(II)所示的含乙烯基的單官能團(tuán)POSS單體在乳化劑和引發(fā)劑的作用下于加熱及劇烈攪拌的條件下反應(yīng)，反應(yīng)完畢后溶液經(jīng)蒸餾、提純，得到式(I)所示的含硅氧烷的氯乙烯共聚物；所述的反應(yīng)溶劑選自下列一種或任意幾種的混合水、甲醇、乙醇、環(huán)己烷、苯、甲苯、二甲苯、1，4_ 二氧六環(huán)、四氫呋喃、二甲基甲酰胺、二甲基亞砜；所述的乳化劑選自下列一種或任意幾種的組合十二烷基磺酸鈉、二異丙基萘磺酸鈉、烷基胺聚氧乙烯醚磷酸酯、水解度70% -95%的聚乙烯醇、甲基纖維素聚合物；所述的引發(fā)劑為過氧化二碳酸二環(huán)己酯或偶氮二異丁腈；
5.一種蓄電池隔板，其特征在于所述蓄電池隔板包括多孔無紡布，所述無紡布的兩側(cè)表面都覆有一層共聚物膜，所述共聚物膜表面均勻密布有小孔，小孔的平均孔徑是O. I 10 μ m ;所述的共聚物膜的成分為含硅氧烷的氯乙烯共聚物或主要為含硅氧烷的氯乙烯共聚物，所述含硅氧烷的氯乙烯共聚物的分子量在20000 50000，結(jié)構(gòu)如式(I)所示
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的蓄電池隔板，其特征在于所述無紡布是下列一種或者兩種以上無紡布的混合物結(jié)構(gòu)聚丙烯無紡布、聚酯無紡布、棉纖維無紡布，平均孔徑為10 20 μ m,厚度在O. 2 O. 5mm ;所述蓄電池隔板的基底厚度為O. 5 I. 5mm。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的蓄電池隔板，其特征在于所述無紡布兩側(cè)的共聚物膜均勻分布有筋條，兩側(cè)的筋條間距分別為5 IOmm,其中一側(cè)的筋條方向與另一側(cè)的筋條方向是交叉的。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的蓄電池隔板，其特征在于所述的共聚物膜中還含有穩(wěn)定劑和著色劑，所述的穩(wěn)定劑為硬脂酸鉛鹽，所述穩(wěn)定劑的含量為含硅氧烷的氯乙烯共聚物的I 5wt. 所述的著色劑為碳黑，所述著色劑的含量為含硅氧烷的氯乙烯共聚物的O. I Iwt. % 。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的蓄電池隔板的制作方法，包括如下步驟(1)將含硅氧烷的氯乙烯共聚物和成孔劑在常溫下溶解于溶劑中得到聚合物溶液； (2)使聚合物溶液均勻地涂敷在無紡布的兩側(cè)； (3)涂敷有聚合物溶液的無紡布半凝固后經(jīng)過壓制，使聚合物溶液與無紡布復(fù)合； (4)將壓制過的涂敷有聚合物溶液的無紡布浸入到凝固浴進(jìn)行凝固處理，同時(shí)脫除溶劑和成孔劑，在無紡布兩側(cè)形成共聚物膜； (5)將凝固后兩側(cè)附有共聚物膜的無紡布進(jìn)行干燥處理，就得到蓄電池隔板。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的蓄電池隔板的制作方法，其特征在于所述步驟(I)中，所述的溶劑是酮類或者酰胺類有機(jī)溶劑，所述溶劑與含硅氧烷的氯乙烯共聚物的投料質(zhì)量比為O. 5 5 I ;所述的成孔劑為聚乙二醇，所述成孔劑與含硅氧烷的氯乙烯共聚物的投料質(zhì)量比為O. 5 2 I。
11.根據(jù)權(quán)利要求9或10所述的蓄電池隔板的制作方法，其特征在于步驟(I)中所述的聚合物溶液中還加入穩(wěn)定劑和著色劑，所述的穩(wěn)定劑為硬脂酸鉛鹽，所述的著色劑為碳黑，所述穩(wěn)定劑、著色劑與含硅氧烷的氯乙烯共聚物的投料質(zhì)量比為0.01 O. 05 O. 001 O. 01 I。
12.根據(jù)權(quán)利要求9或10所述的蓄電池隔板的制作方法，其特征在于所述步驟(3)中，在壓制過程中，在無紡布表面兩側(cè)形成均勻分布有筋條的共聚物膜，兩側(cè)的筋條間距各自為5 IOmm,其中一側(cè)的筋條方向與另一側(cè)的筋條方向是交叉的。
13.根據(jù)權(quán)利要求9或10所述的蓄電池隔板的制作方法，其特征在于所述步驟(4)中，凝固浴為水或酒精溶液，凝固浴的溫度是20 80°C。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種含硅氧烷的氯乙烯共聚物及其制備、其制得的蓄電池隔板和制作方法，所述含硅氧烷的氯乙烯共聚物，分子量在20000～50000，結(jié)構(gòu)如式(1)所示。所述蓄電池隔板包括多孔無紡布，所述無紡布的兩側(cè)表面都覆有一層共聚物膜，所述共聚物膜表面均勻密布有小孔，小孔的平均孔徑是0.1～10μm；所述的共聚物膜的成分為含硅氧烷的氯乙烯共聚物或主要為含硅氧烷的氯乙烯共聚物。所述含硅氧烷的氯乙烯共聚物用于制備蓄電池隔板，使蓄電池隔板具有良好的強(qiáng)度和親水性。本發(fā)明制得的蓄電池隔板具有潤(rùn)濕性好、吸酸量高、柔軟性好、易折疊、機(jī)械強(qiáng)度大、防穿透性好的特點(diǎn)，適合緊裝配，能有效提高蓄電池的使用性能。
文檔編號(hào)B32B3/14GK102898573SQ2012100981
公開日2013年1月30日 申請(qǐng)日期2012年4月1日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月1日
發(fā)明者王建黎, 郁宏飛 申請(qǐng)人:浙江工業(yè)大學(xué)