專利名稱：改善聚丙烯材料電荷存儲熱穩(wěn)定性的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種改善聚丙烯材料電荷存儲熱穩(wěn)定性的極為有效方法。
背景技術(shù)：
聚丙烯由于其優(yōu)良的物理和化學(xué)特性及廉價(jià)性被廣泛應(yīng)用于工業(yè)技術(shù)領(lǐng)域及日常生活 中。近年來的研究發(fā)現(xiàn)經(jīng)氣體壓力膨化處理和電極化處理的孔洞聚丙烯膜(即孔洞聚丙烯鐵 電駐極體膜)具有強(qiáng)壓電性，壓電系數(shù)高達(dá)數(shù)百pC/N,是久負(fù)盛名的鐵電聚合物聚偏氟乙烯 的幾十倍，甚至高于鋯鈦酸鉛鐵電陶瓷。作為機(jī)電傳感或轉(zhuǎn)換材料，由于其具有質(zhì)輕、聲阻 抗與水和人體相匹配等優(yōu)點(diǎn)，因此具有與壓電陶瓷不同的應(yīng)用領(lǐng)域，為其所不能替代，在超 聲傳感、水聲傳感、醫(yī)療診斷及無損檢測等方面顯現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景。 一些相應(yīng)的產(chǎn)品， 如觸摸墊(touch pads, Screentec Company)、床用傳感器(bed sensors, Emfit， Ltd.)等已投放 市場。許多其它應(yīng)用研究也在開展，如大尺寸平板揚(yáng)聲器(large area flat panel loudspeakers) 和防入侵地板(intruder-sensitive flooring)。另外，聚丙烯纖維是重要的駐極體空氣過濾材料， 駐極體空氣過濾不僅具有高的除塵效率，還具有滅菌功能。但由于聚丙烯材料本身欠佳的電 荷穩(wěn)定性，使得這些相應(yīng)產(chǎn)品的使用溫度一般不能超過6(TC，即使在低于此溫度下較長時(shí)間 地使用時(shí)，性能也會較明顯地降低。從而制約了廣泛的開發(fā)應(yīng)用，如在汽車工業(yè)上。因此， 提高聚丙烯材料的電荷穩(wěn)定性至關(guān)重要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種改善聚丙烯材料電荷存儲熱穩(wěn)定性的方法，以此制備具有高 電荷穩(wěn)定性的聚丙烯駐極體及制備具有強(qiáng)壓電、熱穩(wěn)定的孔洞聚丙烯鐵電駐極體膜。 為達(dá)到以上目的，本發(fā)明所采用的解決方案是 一種改善聚丙烯材料電荷存儲熱穩(wěn)定性的方法，其包括以下步驟
1) 在密閉的壓力反應(yīng)室中于一定氟化條件下氣相氟化聚丙烯材料；
2) 在溫控爐中于一定的條件下等溫結(jié)晶化處理氟化后的聚丙烯材料。所述聚丙烯材料在溫度為室溫至60"C，壓力為0.25bar-20bar，混合氣中氟化劑濃度為
5%-20%的氟化條件下氟化處理30min-60min。
所述氟化后的聚丙烯材料在低于150 °C的條件下等溫結(jié)晶化處理2h-4h。
所述聚丙烯材料為孔洞聚丙烯膜、聚丙烯纖維、聚丙烯膜或聚丙烯粉體。
所述聚丙烯纖維、聚丙烯膜或聚丙烯粉體的氟化，可在常壓或負(fù)壓下進(jìn)行。
所述孔洞聚丙烯膜氟化，應(yīng)在正壓下進(jìn)行，以實(shí)現(xiàn)其深層氟化，包括內(nèi)部孔洞壁的氟化。 由于采用了上述方案，本發(fā)明具有以下特點(diǎn)-
1. 采用一種工藝簡單、技術(shù)成熟、極為有效的氣相氟化處理來改變聚丙烯材料的化學(xué)組 成，采用極易實(shí)施的等溫結(jié)晶化處理實(shí)現(xiàn)它們被氟化后的結(jié)構(gòu)調(diào)整。
2. 采用本發(fā)明方法可獲得電荷穩(wěn)定性良好的聚丙烯駐極體，如在90"下等溫衰減7小時(shí) 后采用本發(fā)明方法處理的聚丙烯材料中的電荷量仍保留初始值的72%，而未經(jīng)此方法處理的 聚丙烯材料中的電荷量僅剩余28%。
3. 采用本發(fā)明方法可獲得壓電穩(wěn)定性良好的孔洞聚丙烯鐵電駐極體膜，如在90"下等溫 衰減360小時(shí)后經(jīng)本發(fā)明方法處理的孔洞聚丙烯鐵電駐極體膜的壓電ck.,系數(shù)仍為初始值的 64%，而未經(jīng)此方法處理的孔洞聚丙烯鐵電駐極體膜的相應(yīng)值已衰減到初始值的20%。


圖l為本發(fā)明的工藝流程示意圖。
圖2為本發(fā)明的原理示意圖。
圖3為經(jīng)本發(fā)明方法處理后的聚丙烯膜與未處理聚丙烯膜的電荷穩(wěn)定性曲線。 圖4為經(jīng)本發(fā)明方法處理后的孔洞聚丙烯鐵電駐極體膜與未處理孔洞聚丙烯鐵電駐極體 膜的壓電穩(wěn)定性曲線。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合附圖所示實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。 首先請參閱圖l。本發(fā)明方法包括以下兩個過程
(1)首先是聚丙烯材料的氣相氟化處理。它可以在較寬松的條件下進(jìn)行，如溫度可從室 溫至6(TC，反應(yīng)壓力可從0.25bar至20bar，混合氣中氟化劑(如氟氣)濃度5%-20%，氟化 處理時(shí)間30min-60min。(2)然后是對氟化了的聚丙烯材料在較低的溫度(低于150°C)下進(jìn)行等溫結(jié)晶化處理 2h-4h。
請參閱圖2。材料的性能取決于其組成和結(jié)構(gòu)。本發(fā)明方法中的第一步氟化處理使得氟 原子取代或部分取代聚丙烯材料中的氫原子，引起組成變化，形成具有與性能優(yōu)異的氟聚物 類似的化學(xué)組成。本發(fā)明方法中的第二步等溫結(jié)晶化處理進(jìn)一步對氟化后的聚丙烯材料的結(jié) 構(gòu)進(jìn)行調(diào)控。這兩步過程極大地加深了聚丙烯材料中的電荷陷阱，因此獲得了極高的電荷穩(wěn) 定性。
本發(fā)明的方法提高了聚丙烯材料的電荷存儲穩(wěn)定性及提高了孔洞聚丙烯鐵電駐極體膜的 壓電穩(wěn)定性。采用本發(fā)明方法處理的孔洞聚丙烯鐵電駐極體膜，由于具有穩(wěn)定的壓電性在機(jī) 電傳感或轉(zhuǎn)換領(lǐng)域可得到更廣泛應(yīng)用或提高其在現(xiàn)有應(yīng)用領(lǐng)域的性能；經(jīng)本發(fā)明方法處理的 聚丙烯纖維作為駐極體空氣過濾材料能顯著地提高除塵和滅菌效率及使用壽命。
實(shí)施例l
取50n厚聚丙烯膜試樣，其在壓力為lbar，溫度為53°<:，氟氮混合氣中氟氣濃度為10%
的環(huán)境下氟化處理30min;然后在130。C的溫度條件下，進(jìn)行等溫結(jié)晶化處理4h。經(jīng)上述處 理的聚丙烯膜和未處理的聚丙烯膜的電暈充電條件柵壓-2000V，時(shí)間5min，室溫下于大氣 中充電，其電荷熱穩(wěn)定性如表1所示。
表1處理的聚丙烯膜和未處理的聚丙烯膜的電荷熱穩(wěn)定性對比
熱剌激放電 電流主峰溫°c90°C等溫衰減7h后 的電荷剩余量(％)
處理聚丙烯膜18572
未處理聚丙烯膜13928
實(shí)施例2
取100p厚聚丙烯無紡布(實(shí)際為聚丙烯纖維)試樣，其在壓力為0.3bar，溫度為30°C，
氟氮混合氣中氟氣濃度為20。/。的環(huán)境下氟化處理30min;然后在110 。C的溫度條件下，進(jìn)行 等溫結(jié)晶化處理5h。經(jīng)上述處理的聚丙烯無紡布和未處理的聚丙烯無紡布的電暈充電條件 柵壓-2000V，時(shí)間5min，室溫下于大氣中充電，其電荷熱穩(wěn)定性如表2所示。
表2處理的聚丙烯無紡布和未處理的聚丙烯無紡布的電荷熱穩(wěn)定性對比
5熱刺激放電 電流主峰溫°c卯°C等溫衰減7h后 的電荷剩余量(％)
處理無紡布18875
未處理無紡布14530
實(shí)施例3
取50p厚孔洞聚丙烯膜，其在壓力為13bar，溫度為53°C，氟氮混合氣中氟氣濃度為5%
的環(huán)境下氟化處理30min;然后在130°<:的溫度條件下，進(jìn)行等溫結(jié)晶化處理4h。經(jīng)上述處 理后的試樣和原樣經(jīng)氣體壓力膨化后的電暈充電條件針尖-25000V，充電時(shí)間30s，室溫下 于大氣中充電，其壓電熱穩(wěn)定性如表3所示。
表3處理和未處理的孔洞聚丙烯鐵電駐極體膜壓電熱穩(wěn)定性比較
壓電(b系數(shù)90。C等溫衰 減360h后的剩余值(％)
處理試樣64
未處理試樣20
上述的對實(shí)施例的描述是為便于該技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能理解和應(yīng)用本發(fā)明。熟悉 本領(lǐng)域技術(shù)的人員顯然可以容易地對這些實(shí)施例做出各種修改，并把在此說明的一般原理應(yīng) 用到其他實(shí)施例中而不必經(jīng)過創(chuàng)造性的勞動。因此，本發(fā)明不限于這里的實(shí)施例，本領(lǐng)域技 術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的揭示，對于本發(fā)明做出的改進(jìn)和修改都應(yīng)該在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1、一種改善聚丙烯材料電荷存儲熱穩(wěn)定性的方法，其特征在于其包括以下步驟1)在密閉的壓力反應(yīng)室中于一定氟化條件下氣相氟化聚丙烯材料；2)在溫控爐中于一定的條件下等溫結(jié)晶化處理氟化后的聚丙烯材料。
2、 如權(quán)利要求l所述的改善聚丙烯材料電荷存儲熱穩(wěn)定性的方法，其特征在于所述聚 丙烯材料在溫度為室溫至60°C,壓力為0. 25bar-20bar,混合氣中氟化劑濃度為5%-20%的氟化 條件下氟化處理30min-60min。
3、 如權(quán)利要求1所述的改善聚丙烯材料電荷存儲熱穩(wěn)定性的方法，其特征在于所述氟 化后的聚丙烯材料在低于150 "C的條件下等溫結(jié)晶化處理2h-4h。
4、 如權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的改善聚丙烯材料電荷存儲熱穩(wěn)定性的方法，其特征在于 所述聚丙烯材料為孔洞聚丙烯膜、聚丙烯纖維、聚丙烯膜或聚丙烯粉體。
5、 如權(quán)利要求4所述的改善聚丙烯材料電荷存儲熱穩(wěn)定性的方法，其特征在于所述聚丙烯纖維、聚丙烯膜及聚丙烯粉體氟化時(shí)，在常壓或負(fù)壓下進(jìn)行。
6、 如權(quán)利要求4所述的改善聚丙烯材料電荷存儲熱穩(wěn)定性的方法，其特征在于所述孔洞聚丙烯膜氟化時(shí)，在正壓下進(jìn)行。
全文摘要
一種改善聚丙烯材料電荷存儲熱穩(wěn)定性的方法，其包括以下步驟1)在密閉的壓力反應(yīng)室中于一定氟化條件下氣相氟化聚丙烯材料；2)在溫控爐中于一定的條件下等溫結(jié)晶化處理氟化后的聚丙烯材料。本發(fā)明的方法應(yīng)用于聚丙烯纖維、聚丙烯膜，可有效提高其電荷存儲穩(wěn)定性，應(yīng)用于孔洞聚丙烯膜可有效提高電荷存儲穩(wěn)定，還可以進(jìn)一步提高孔洞聚丙烯鐵電駐極體膜的壓電穩(wěn)定性。
文檔編號C08L23/12GK101608024SQ20091005434
公開日2009年12月23日 申請日期2009年7月3日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月3日
發(fā)明者姚俊蘭, 安振連, 張冶文, 毛明軍 申請人:同濟(jì)大學(xué)