專利名稱：一種超高分子量聚乙烯平板膜的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于多孔膜材料加工領(lǐng)域，具體涉及一種超高分子量聚乙烯平板膜的制備方法。
背景技術(shù)：
超高分子量聚乙烯(UHMWPE)的相對分子量在100萬以上，呈線性長鏈結(jié)構(gòu)，具 有良好的力學(xué)性能和優(yōu)異的耐沖擊、耐磨損、自潤滑、耐化學(xué)腐蝕、耐低溫等品質(zhì)，選用UHMWPE制備的膜材料具有加工方便、性能優(yōu)異、使用壽命長、過濾效果好等優(yōu)點。UHMWPE膜主要分為無孔膜和微孔膜兩種。無孔膜主要應(yīng)用于阻隔包裝材料，由于其非極性的結(jié)構(gòu)特點和優(yōu)良的耐低溫性，對水蒸汽和其它極性材料可以起到很好的阻隔作用；另外，還可作為有剝離紙的壓敏性粘合膠帶的基體等。微孔膜由于具有優(yōu)越的抗污染性和化學(xué)穩(wěn)定性，主要應(yīng)用于污水處理等過濾領(lǐng)域。例如，利用UHMWPE基體上的微觀孔洞，化工上可以實現(xiàn)低能耗的非均相分離；醫(yī)藥上能將復(fù)雜的藥物分離提純工藝大大簡化；能源上可以廣泛地應(yīng)用于蓄電池隔板隔膜，使鉛酸蓄電池免維護成為可能，并大大提高冷起動性能。目前，UHMWPE微孔膜具有應(yīng)用價值的制備方法主要包括
I)顆粒燒結(jié)法
將UHMWPE粉狀或粒狀的原料，在一定的溫度和壓力下在模具中進行模壓，使物料之間相互粘連形成聚集體。此種薄膜的結(jié)構(gòu)特點是孔與孔間相通，而且通路之間呈現(xiàn)出一種曲折的軌跡，具有分形結(jié)構(gòu)。此方法操作簡單，但微觀結(jié)構(gòu)特點呈隨機性，而且其孔徑及其分布較難控制，特別是較難獲得厚度在2mm以下的膜材料，使應(yīng)用受到很大的局限性。2)熱致相分離法(TIPS)
將UHMWPE放入具有致孔性的溶劑中，加熱溶解形成溶液，擠出成膜，在冷卻的過程中發(fā)生相分離，溶劑被去處掉，形成的薄膜產(chǎn)生收縮，所以需要對薄膜進行牽引或拉伸。另夕卜，考慮到加工性和產(chǎn)品性能，固-液相分離體系中的相分離行為、冷卻速率、UHMWPE濃度、UHMWPE分子量等對微孔膜的結(jié)構(gòu)及性能有著重要的影響。其中，UHMWPE溶液的濃度控制在2 30%之內(nèi)；溶液濃度小于2%時，擠出成型的膜強度無法滿足后續(xù)加工的要求；溶液濃度大于30%時，溶液粘度太大，難以順利成型。TIPS法的工藝可以較好地控制孔徑及孔隙率。本發(fā)明即采用熱致相分離法的基本原理，并部分結(jié)合了流延膜的制備工藝進行UHMWPE平板膜的加工生產(chǎn)。其中包括UHMWPE混合物的配方設(shè)計、UHMWPE溶液的形成、UHMWPE膜的擠出、固化、雙向拉伸的工藝。在溶液配方設(shè)計中包括了 UHMWPE料的改性與致孔劑的添加等，在溶液形成過程中使用了容易揮發(fā)的有機溶劑，在高溫下對UHMWPE進行溶解，在膜擠出、固化過程中，采用了 T型狹縫口模并將膜吹貼到冷卻輥上，在雙向拉伸過程中采用不同溫度、不同拉伸速度的多級拉伸輥進行，拉伸過程中同時使溶劑揮發(fā)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是通過連續(xù)的工藝制備超高分子量聚乙烯多孔膜材料。本發(fā)明涉及一種超高分子量聚乙烯平板膜的制備方法，包括以下步驟
(1)將超高分子量聚乙烯及其添加劑與溶劑形成均勻的混合料；
(2)將混合料經(jīng)加熱、攪拌形成溶液；
(3 )溶液經(jīng)擠出、固化、雙向拉伸等工序制成平板膜。其中，所述超高分子量聚乙烯粉末的粘均分子量為100萬 1000萬，平均粒徑為
0.5 300um。
其中，所述的步驟(I)中溶劑在高溫下具有高的揮發(fā)性，可溶解超高分子量聚乙烯的有機溶劑，如十氫化萘，四氫化萘等。其中，所述的步驟I中超高分子量聚乙烯在溶劑中的含量為29T30wt%。其中，所述的步驟(I)中添加劑可以為以下材料中的一種或多種粉狀高密度聚乙烯，加入量為09^80% ;粉狀低密度聚乙烯，加入量為09^30% ;其它功能性添加劑，包括親水劑、致孔劑、活化劑、抗氧劑，加入量為09^150% ;如，活性碳，加入量為09^150% ;碳黑，力口入量為0% 50% ;碳酸鈣，加入量為0% 150% ;納米二氧化硅，加入量0% 150%，聚氧化乙烯，力口入量為0% 50% ;氯化鈉，加入量為0% 50%，抗氧劑1076，加入量為0. 5% 5% ;其上所述添加劑的加入量為添加劑與超高分子量聚乙烯的比值。其中，所述的步驟(I)中將超高分子量聚乙烯及其添加劑與溶劑形成均勻的混合料，是在(T90 V通過高速攪拌裝置攪拌均勻，優(yōu)選采用高速乳化機進行乳化。其中，所述的步驟(2)中將混合料加熱、攪拌形成溶劑，包括了超高分子量聚乙烯的溶脹、溶解兩個過程，其中溶脹溫度為9(T140°C，溶脹時間為f 120min ;溶解溫度為120 210°C，溶解時間為 l(Tl20min。其中，所述的步驟(2)中溶液形成過程可以在反應(yīng)釜中進行，也可以在螺桿擠出機中進行。其中，所述的步驟(3)中擠出系通過T型的狹縫口模，口膜狹縫為f 20mm，寬度為10 100cm。其中，所述的步驟(3)中固化系通過氣刀噴出的壓縮空氣或直接牽引的方法將溶液吹貼到冷卻輥上，使其平整地延展在輥面上形成薄膜，冷卻輥的溫度為7(noo°c。其中，所述的步驟(3)中的雙向拉伸系通過多級輥筒實現(xiàn)，優(yōu)選2飛級輥筒，多級輥筒的溫度為3(Tl00°C，縱向拉伸倍率為2 10倍，橫向拉伸倍率為2 8倍。其中，所述的步驟(3)中的擠出、固化、雙向拉伸過程需要有抽吸風(fēng)裝置將蒸發(fā)的溶劑進行回收處理。其中，所述的超高分子量聚乙烯成品膜厚度為0. rimm,寬度為2(T300cm。其中，所述的超高分子量聚乙烯成品膜的孔徑在0.05 17um之間，孔隙率在20 80%之間。


圖I為本發(fā)明中超高分子量聚乙烯平板膜制備方法的流程示意圖。圖2為本發(fā)明制備的超高分子量聚乙烯平板膜電鏡圖。
具體實施例方式結(jié)合以下具體實施例和附圖，對本發(fā)明作進一步的詳細說明，本發(fā)明的保護內(nèi)容不局限于以下實施例。在不背離發(fā)明 構(gòu)思的精神和范圍下，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠想到的變化和優(yōu)點都被包括在本發(fā)明中，并且以所附的權(quán)利要求書為保護范圍。實施例I
將一定質(zhì)量的粘均分子量為250萬，平均粒徑為150um的超高分子量聚乙烯與十氫化萘、抗氧劑1076配成濃度為wt20%的超高分子量聚乙烯混合液，在高速攪拌裝置中攪拌形成乳濁液，將乳濁液加熱到105°C，攪拌并停留30min，使超高分子量聚乙烯溶脹，繼續(xù)升高溫度到165°C，攪拌并停留30min，使超高分子量聚乙烯充分溶解。將溶解好的溶液經(jīng)雙螺桿并通過T字型口模擠出，超高分子量聚乙烯溶液并迅速吸卷到輥筒I上，輥筒I的溫度為90°C，將固化的超高分子量聚乙烯膜牽引到具有凹槽的輥筒2上，輥筒2的溫度為110°C，輥筒2與輥筒I的轉(zhuǎn)速比為I. 5:1，后將超高分子量聚乙烯膜牽引到具有凹槽的輥筒3上，輥筒3的溫度為120°C，輥筒3與輥筒2的轉(zhuǎn)速比為2. 5:1，后將超高分子量聚乙烯膜牽引到輥筒4上，輥筒4的溫度為90°C，輥筒4與輥筒3的轉(zhuǎn)速比為I. 3:1，后將超高分子量聚乙烯膜牽引到輥筒5上，輥筒5的溫度為70°C，輥筒5與輥4的轉(zhuǎn)速比為1:1，后將超高分子量聚乙烯膜卷繞形成成品。在輥筒f輥筒5之間設(shè)置吸風(fēng)裝置對十氫萘溶劑進行抽吸處理。成品膜的厚度在0. 25mm之間，寬度200cm，孔徑在0. 5um之間，孔隙率約35%。實施例2
將一定質(zhì)量的粘均分子量為250萬，平均粒徑為150um的超高分子量聚乙烯與碳酸鈣、十氫萘、抗氧劑1076配成濃度為wtl5%的超高分子量聚乙烯混合液，其中超高分子量聚乙烯與碳酸鈣的比例為3:1，在高速攪拌裝置中將混合液攪拌形成乳濁液，將乳濁液加熱到105°C，攪拌并停留30min，使超高分子量聚乙烯溶脹，繼續(xù)升高溫度到165°C，攪拌并停留30min，使超高分子量聚乙烯充分溶解。將溶解好的溶液經(jīng)雙螺桿并通過T字型口模擠出，超高分子量聚乙烯溶液通過氣刀噴出的壓縮空氣迅速吸卷到輥筒I上，輥筒I的溫度為90°C，將固化的超高分子量聚乙烯膜牽引到具有凹槽的輥筒2上，輥筒2的溫度為110°C，輥筒2與輥筒I的轉(zhuǎn)速比為I. 3:1，后將超高分子量聚乙烯膜牽引到具有凹槽的輥筒3上，輥筒3的溫度為120°C，輥筒3與輥筒2的轉(zhuǎn)速比為2. 3:1，后將超高分子量聚乙烯膜牽引到輥筒4上，輥筒4的溫度為90°C，輥筒4與輥筒3的轉(zhuǎn)速比為I. 5:1，后將超高分子量聚乙烯膜牽引到輥筒5上，輥筒5的溫度為70°C，輥筒5與輥4的轉(zhuǎn)速比為1:1，后將超高分子量聚乙烯膜卷繞形成成品。在輥筒f輥筒5之間設(shè)置吸風(fēng)裝置對十氫萘溶劑進行抽吸處理。成品膜的厚度在0. 35mm之間，寬度200cm，孔徑在Ium之間，孔隙率約55%。實施例3
將一定質(zhì)量的粘均分子量為250萬，平均粒徑為150um的超高分子量聚乙烯與高密度聚乙烯、十氫萘、抗氧劑1076配成濃度為wt30%的聚乙烯樹脂混合液，其中超高分子量聚乙烯與粉狀高密度聚乙烯、碳酸鈣的比例為2:1:1. 5，在高速攪拌裝置中將混合液攪拌形成乳濁液，將乳濁液加熱到105°C，攪拌并停留30min，使超高分子量聚乙烯溶脹，繼續(xù)升高溫度到160°C，攪拌并停留30min，使超高分子量聚乙烯充分溶解。將溶解好的溶液經(jīng)雙螺桿并通過T字型口模擠出，超高分子量聚乙烯溶液并迅速吸卷到輥筒I上，輥筒I的溫度為90°C，將固化的超高分子量聚乙烯膜牽引到具有凹槽的輥筒2上，輥筒2的溫度為110°C，輥筒2與輥筒I的轉(zhuǎn)速比為2:1，后將超高分子量聚乙烯膜牽引到具有凹槽的輥筒3上，輥筒3的溫度為120°C，輥筒3與輥筒2的轉(zhuǎn)速比為2. 8:1，后將超高分子量聚乙烯膜牽引到輥筒4上，輥筒4的溫度為90°C，輥筒4與輥筒3的轉(zhuǎn)速比為I. 7:1，后將超高分子量聚乙烯膜牽引到輥筒5上，輥筒5的溫度為70°C，輥筒5與輥4的轉(zhuǎn)速比為1:1，后將超高分子量聚乙烯膜卷繞形成成品。在輥筒廣輥筒5之間設(shè)置吸風(fēng)裝置對十氫萘溶劑進行抽吸處理。成品膜的厚度在0. 5mm之間，寬度200cm，孔徑在8um之間，孔隙率約65%。 實施例4
將一定質(zhì)量的粘均分子量為250萬，平均粒徑為150um的超高分子量聚乙烯與高密度聚乙烯、十氫萘、抗氧劑1076配成濃度為wt30%的聚乙烯樹脂混合液，其中超高分子量聚乙烯與粉狀高密度聚乙烯、納米二氧化硅的比例為2:1:0. 5，在高速攪拌裝置中將混合液攪拌形成乳濁液，將乳濁液加熱到105°C，攪拌并停留30min，使超高分子量聚乙烯溶脹，繼續(xù) 升高溫度到160°C，攪拌并停留30min，使超高分子量聚乙烯充分溶解。將溶解好的溶液經(jīng)雙螺桿并通過T字型口模擠出，超高分子量聚乙烯溶液并迅速吸卷到輥筒I上，輥筒I的溫度為90°C，將固化的超高分子量聚乙烯膜牽引到具有凹槽的輥筒2上，輥筒2的溫度為110°C，輥筒2與輥筒I的轉(zhuǎn)速比為2:1，后將超高分子量聚乙烯膜牽引到具有凹槽的輥筒3上，輥筒3的溫度為120°C，輥筒3與輥筒2的轉(zhuǎn)速比為2.8:1，后將超高分子量聚乙烯膜牽引到輥筒4上，輥筒4的溫度為90°C，輥筒4與輥筒3的轉(zhuǎn)速比為I. 8:1，后將超高分子量聚乙烯膜牽引到輥筒5上，輥筒5的溫度為70°C，輥筒5與輥4的轉(zhuǎn)速比為1:1，后將超高分子量聚乙烯膜卷繞形成成品。在輥筒廣輥筒5之間設(shè)置吸風(fēng)裝置對十氫萘溶劑進行抽吸處理。成品膜的厚度在0. 5mm之間，寬度200cm，孔徑在5um之間，孔隙率約58%。
權(quán)利要求
1.一種超高分子量聚乙烯平板膜的制備方法，包括以下步驟 (1)將超高分子量聚乙烯及其添加劑與溶劑形成均勻的混合料； (2)將混合料經(jīng)加熱、攪拌形成溶液； (3 )溶液經(jīng)擠出、固化、雙向拉伸等工序制成平板膜。
2.如權(quán)利要求I所述的一種超高分子量聚乙烯平板膜的制備方法，其特征在于，所述超高分子量聚乙烯粉末的粘均分子量為100萬 1000萬，平均粒徑為0. 5 300um。
3.如權(quán)利要求I所述的一種超高分子量聚乙烯平板膜的制備方法，其特征在于，所述的步驟(I)中溶劑在高溫下具有高的揮發(fā)性，可溶解超高分子量聚乙烯的有機溶劑，如十氫化萘，四氫化萘等。
4.如權(quán)利要求I所述的一種超高分子量聚乙烯平板膜的制備方法，其特征在于，所述的步驟I中超高分子量聚乙烯在溶劑中的含量為29T30wt%。
5.如權(quán)利要求I所述的一種超高分子量聚乙烯平板膜的制備方法，其特征在于，所述的步驟(I)中添加劑可以為以下材料中的一種或多種粉狀高密度聚乙烯，加入量為09^80% ;粉狀低密度聚乙烯，加入量為09^30% ;其它功能性添加劑，包括親水劑、致孔劑、活化劑、抗氧劑，加入量為09^150% ;如，活性碳，加入量為09^150% ;碳黑，加入量為09^50% ；碳酸鈣，加入量為0% 150% ;納米二氧化硅，加入量0% 150%，聚氧化乙烯，加入量為0% 50% ；氯化鈉，加入量為0% 50%，抗氧劑1076，加入量為0. 59^5% ;其上所述添加劑的加入量為添加劑與超高分子量聚乙烯的比值。
6.如權(quán)利要求I所述的一種超高分子量聚乙烯平板膜的制備方法，其特征在于，所述的步驟(I)中將超高分子量聚乙烯及其添加劑與溶劑形成均勻的混合料，是在(T90°C通過高速攪拌裝置攪拌均勻，優(yōu)選采用高速乳化機進行乳化。
7.如權(quán)利要求I所述的一種超高分子量聚乙烯平板膜的制備方法，其特征在于，所述的步驟(2)中將混合料加熱、攪拌形成溶劑，包括了超高分子量聚乙烯的溶脹、溶解兩個過程，其中溶脹溫度為9(Tl40°C，溶脹時間為l 120min ;溶解溫度為12(T210°C，溶解時間為l(Tl20min。
8.如權(quán)利要求I所述的一種超高分子量聚乙烯平板膜的制備方法，其特征在于，所述的步驟(2)中溶液形成過程可以在反應(yīng)釜中進行，也可以在螺桿擠出機中進行。
9.如權(quán)利要求I所述的一種超高分子量聚乙烯平板膜的制備方法，其特征在于，所述的步驟(3)中擠出系通過T型的狹縫口模，口膜狹縫為f20mm，寬度為l(Tl00cm。
10.如權(quán)利要求I所述的一種超高分子量聚乙烯平板膜的制備方法，其特征在于，所述的步驟(3)中固化系通過氣刀噴出的壓縮空氣或直接牽引的方法將溶液吹貼到冷卻輥上，使其平整地延展在輥面上形成薄膜，冷卻輥的溫度為7(noo°c。
11.如權(quán)利要求I所述的一種超高分子量聚乙烯平板膜的制備方法，其特征在于，所述的步驟(3 )中的雙向拉伸系通過多級輥筒實現(xiàn)，優(yōu)選2飛級輥筒，多級輥筒的溫度為3(Tl00°C，縱向拉伸倍率為2 10倍，橫向拉伸倍率為2 8倍。
12.如權(quán)利要求I所述的一種超高分子量聚乙烯平板膜的制備方法，其特征在于，所述的步驟(3)中的擠出、固化、雙向拉伸過程需要有抽吸風(fēng)裝置將蒸發(fā)的溶劑進行回收處理。
13.如權(quán)利要求I所述的一種超高分子量聚乙烯平板膜的制備方法，其特征在于，所述的超高分子量聚乙烯成品膜厚度為0. f 1mm，寬度為2(T300cm。
14.如權(quán)利要求I所述的一種超高分子量聚乙烯平板膜的制備方法，其特征在于，所述的超高分子量聚乙烯成品膜的孔徑在0. 05 17um之間，孔隙率在2(T80%之間。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種超高分子量聚乙烯平板膜的制備方法，其特征在于，該方法包括以下步驟(1)將超高分子量聚乙烯及其添加劑與溶劑形成均勻的混合料；(2)將混合料經(jīng)加熱、攪拌形成溶液；(3)溶液經(jīng)擠出、固化、雙向拉伸等工序制成平板膜。該制備方法能夠連續(xù)生產(chǎn)，可以根據(jù)需要控制所得多孔膜的孔徑、孔隙率。所得平板膜的厚度在0.1~1mm之間，寬度在20~300cm之間，孔徑在0.05~17um之間，孔隙率在20~80%之間。該膜具有高強度、耐污染、抗腐蝕、耐低溫等優(yōu)異性能，可廣泛應(yīng)用于電池隔離膜、各種分離膜、水處理膜等領(lǐng)域。
文檔編號C08J9/26GK102744885SQ20121020019
公開日2012年10月24日 申請日期2012年6月18日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月18日
發(fā)明者不公告發(fā)明人 申請人:上海百菲特環(huán)?？萍加邢薰?br>