專利名稱：超高分子量聚乙烯多孔膜的凍膠連續(xù)生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種超高分子量聚乙烯多孔膜的生產(chǎn)方法，屬于多孔膜制造技 術(shù)領(lǐng)域，具體地說是一種超高分子量聚乙烯多孔膜的凍膠連續(xù)生產(chǎn)方法。
背景技術(shù)：
多孔膜是含有微孔的薄膜狀材料，它廣泛應(yīng)用于非水電解液電池隔膜、電 容器隔膜、各種分離膜、水處理膜等的制作上。
如在各種類型燃料電池中，質(zhì)子交換膜燃料電池被認(rèn)為是最具發(fā)展?jié)摿Φ?便攜式能源，主要用于交通工具和其他移動(dòng)設(shè)備，按照其使用燃料的種類可以 分為兩類 一類是以氫氣作為燃料的氫氧燃料電池另一類是以醇類(主要是 甲醇)為燃料的醇類燃料電池。用多孔膜做成的質(zhì)子交換膜中，聚合物電解質(zhì) 是最為重要的組成部分，它主要用于分離反應(yīng)氣體和將質(zhì)子由陽極導(dǎo)向陰極。 全氟磺酸膜用在直接甲醇燃料電池時(shí)，存在嚴(yán)重的透醇現(xiàn)象，甲醇通過質(zhì)子交 換膜滲透到陰極，同氧氣發(fā)生不產(chǎn)生電流的反應(yīng)并放出大量的熱，造成了燃料 的浪費(fèi)，影響了電池的整體性能；同時(shí)，質(zhì)子交換膜的合成主要是通過多孔膜 的改性，但是很難降低成本，提高燃料電池的輸出性能，這是因?yàn)橐３仲|(zhì)子 交換膜良好的物理性質(zhì)，必須選用性能優(yōu)異的基底材料，但是這樣的材料通過 化學(xué)試劑處理往往難于進(jìn)行改性。由于所用的全氟磺酸膜的價(jià)格昂貴，合成工 藝較為復(fù)雜，這些都制約了質(zhì)子交換膜燃料電池的發(fā)展。
對于聚烯烴微多孔膜的制作方法，主要包括溶劑法、拉伸開孔法、熱致相 分離法等。溶劑法，是將聚烯烴和溶劑加熱熔融混合成均一溶液，該溶液經(jīng)擠出機(jī)的模頭擠出，并在鑄片輥上冷卻鑄成厚片，把這種厚片經(jīng)雙向拉伸成薄膜， 再經(jīng)抽提劑洗脫其中的溶劑，然后通過熱處理得到聚烯烴微多孔膜。由于厚片 為塊狀，不能連續(xù)生產(chǎn)，且孔徑不均勻，膜的強(qiáng)度較低，商業(yè)利用價(jià)值較低。
也有制作超高分子量聚乙烯多孔膜的方法，如中國科學(xué)院化學(xué)研究所提出 的中國專利申請《熱致相分離法制備超高分子量聚乙烯多孔膜的方法》，申請
號(hào)200610113814.1，公開號(hào)CN101164677A，申請日2006.10.18，
公開日
2008.04.23。這種生產(chǎn)方法的不足之處在于無法連續(xù)生產(chǎn)，沒有商業(yè)使用價(jià) 值，用這種方法得到的多孔膜的孔徑不均勻，空隙率較低，膜的強(qiáng)度較低，容 易破損，嚴(yán)重制約了質(zhì)子交換膜燃料電池的發(fā)展。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種工藝簡單、容易控制，能連續(xù)生產(chǎn)的，提高超 高分子量聚乙烯多孔膜的性能，降低生產(chǎn)成本的超高分子量聚乙烯多孔膜的凍 膠連續(xù)生產(chǎn)方法。
為達(dá)到以上目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是該超高分子量聚乙烯多孔
膜的凍膠連續(xù)生產(chǎn)方法，其特征在于它包括以下步驟連續(xù)制造完成
(1) 、將分子量為300萬一700萬的超高分子量聚乙烯、溶劑和添加劑混合 成均一物料
所述的溶劑的加入量為超高分子量聚乙烯重量的70—94%;
所述的添加劑加入量為超高分子量聚乙烯重量的0. 01—0. 1%;
把超高分子量聚乙烯粉料、溶劑和添加劑分別稱量，同時(shí)輸送到在線高剪
切乳化機(jī)均化，控制溫度保持在30—60°C;
(2) 、將所得到的均化物料制成凍膠膜把所得到的均化物料送至雙螺桿混煉擠出機(jī)組，再經(jīng)噴膜機(jī)的模頭噴出，
進(jìn)入水槽內(nèi)冷卻成型，成為凍膠膜，控制噴膜機(jī)的溫度保持在250—260'C，控 制水槽的溫度保持在10—3CTC;
(3) 、將所得到的凍膠膜進(jìn)行雙向拉伸制成凍膠薄膜
所得到的凍膠膜經(jīng)牽伸機(jī)向前牽引的同時(shí)進(jìn)行雙向拉伸，雙向拉伸的溫度 控制在30—6(TC，縱向拉伸倍率為2-8倍，橫向拉伸倍率為2-6倍，從而制成 凍膠薄膜；
(4) 、將所得到的凍膠薄膜牽引至萃取槽中，用萃取劑去除溶劑后，制成 多孔薄膜
凍膠薄膜經(jīng)牽引進(jìn)入萃取槽中，萃取槽中的萃取劑將凍膠薄膜中含有的溶 劑去除，制成多孔薄膜，溫度控制在20-40°C，連續(xù)萃取時(shí)間為3—5分鐘，萃 取完成后，生成的溶劑和萃取劑的混合溶液進(jìn)行分離、回收，以便重復(fù)利用；
(5) 、千燥
多孔薄膜經(jīng)牽伸機(jī)送至干燥機(jī)中干燥，保持干燥溫度40—45。C，連續(xù)干燥 時(shí)間為2分鐘；
(6) 、雙向拉膜熱定型，制成多孔膜
干燥后的多孔薄膜在145—155。C的溫度下進(jìn)行雙向拉伸，縱向拉伸倍率為 l一4倍，橫向拉伸倍率為l一3倍，制成多孔膜，最后纏繞成巻，在使用時(shí)，可 以根據(jù)不同應(yīng)用領(lǐng)域?qū)Χ嗫啄さ囊?，確定雙向拉伸的拉伸倍率，根據(jù)需要的 長度和寬度，自由裁切。
本發(fā)明還通過如下措施實(shí)施所述的溶劑為礦物白油。
所述的添加劑為B225抗氧化劑。所述的萃取劑為二氯甲垸。
在整個(gè)生產(chǎn)過程中，采用失重計(jì)量自動(dòng)稱量加入原料，進(jìn)行混合均化，混 煉擠出，噴膜后在牽伸機(jī)的作用下，依次經(jīng)過水槽冷卻、雙向拉伸、萃取槽萃 取、干燥、雙向拉膜熱定型，最后收巻成為巻材。這樣可以根據(jù)需要任意裁剪 成需要的長度和寬度，使用非常方便，適用領(lǐng)域非常廣泛。采用本發(fā)明制成的
超高分子量聚乙烯多孔膜，膜厚為1—30微米，氣孔率為30—70%,氣孔的平均 直徑為40—160納米，縱、橫向強(qiáng)度均大于30牛頓/平方米。
本發(fā)明的有益效果在于本發(fā)明工藝簡單、容易控制，能夠連續(xù)生產(chǎn)，所 制備的超高分子量聚乙烯多孔膜的強(qiáng)度高、抗腐蝕性強(qiáng)、密度低、耐低溫、阻 醇性高、抗溶脹能力強(qiáng)，可廣泛用于質(zhì)子交換膜燃料電池、電容器隔膜、各種 分離膜、水處理膜等領(lǐng)域。


圖1為本發(fā)明制成的超高分子量聚乙烯多孔膜表面掃描電鏡照片圖。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1
制作質(zhì)子交換膜燃料電池用的超高分子量聚乙烯多孔膜。該超高分子量聚 乙烯多孔膜的凍膠連續(xù)生產(chǎn)方法，其特征在于它包括以下步驟連續(xù)制造完成
(1)、將分子量為300萬的超高分子量聚乙烯、溶劑和添加劑混合成均一
物料
所用的溶劑為礦物白油，加入量為超高分子量聚乙烯重量的82%;
所述的添加劑為B225抗氧化劑，由上海富奇化工有限公司生產(chǎn)，加入量為
超高分子量聚乙烯重量的0. 03%;把超高分子量聚乙烯粉料、溶劑和添加劑分別通過失重計(jì)量系統(tǒng)自動(dòng)稱量，同
時(shí)輸送到在線高剪切乳化機(jī)均化，選用的設(shè)備為BDS1系列在線式高剪切乳化機(jī), 上海貝而特機(jī)電設(shè)備科技有限公司生產(chǎn)，控制溫度保持在45°C; (2)、將所得到的均化物料制成凍膠膜-
把所得到的均化物料送至雙螺桿混煉擠出機(jī)組，再經(jīng)噴膜機(jī)的模頭噴出， 進(jìn)入水槽內(nèi)冷卻成型，成為凍膠膜，控制噴膜機(jī)的溫度保持在255-C，控制水槽 的溫度保持在20°C;
(3 )、將所得到的凍膠膜進(jìn)行雙向拉伸制成凍膠薄膜
所得到的凍膠膜經(jīng)牽伸機(jī)向前牽引的同時(shí)進(jìn)行雙向拉伸，雙向拉伸的溫度 控制在45"C，縱向拉伸倍率為3倍，橫向拉伸倍率為3倍，從而制成凍膠薄膜；
(4) 、將所得到的凍膠薄膜牽引至萃取槽中，用萃取劑去除溶劑后，制成 多孔薄膜-
凍膠薄膜經(jīng)牽引進(jìn)入萃取槽中，萃取槽中的萃取劑將凍膠薄膜中含有的溶 劑去除，制成多孔薄膜，溫度控制在3(TC，連續(xù)萃取時(shí)間為3分鐘，采用萃取 劑為二氯甲烷，萃取完成后，生成的溶劑和萃取劑的混合溶液進(jìn)行分離、回收， 以便重復(fù)利用；
(5) 、干燥:
多孔薄膜經(jīng)牽伸機(jī)送至干燥機(jī)中干燥，保持干燥溫度42"C，連續(xù)干燥時(shí)間 為2分鐘；
(6) 、雙向拉膜熱定型，制成多孔膜-
干燥后的多孔薄膜在15(TC的溫度下進(jìn)行雙向拉伸，根據(jù)質(zhì)子交換膜燃料電 池用對多孔膜的要求，確定縱向拉伸倍率為3倍，橫向拉伸倍率為2倍，制成多孔膜，最后纏繞成巻。
采用本發(fā)明制成的超高分子量聚乙烯多孔膜，見圖l，膜厚為1微米，氣孔
率為30%，氣孔的平均直徑為130納米，強(qiáng)度為60牛頓/平方米。 實(shí)施例2
制作水處理膜用的超高分子量聚乙烯多孔膜。該超高分子量聚乙烯多孔膜
的凍膠連續(xù)生產(chǎn)方法，其特征在于它包括以下步驟連續(xù)制造完成
(1) 、將分子量為700萬的超高分子量聚乙烯、溶劑和添加劑混合成均一
物料
所用的溶劑為礦物白油，加入量為超高分子量聚乙烯重量的94%;
所述的添加劑為B225抗氧化劑，加入量為超高分子量聚乙烯重量的0. 03%;
把超高分子量聚乙烯粉料、溶劑和添加劑分別通過失重計(jì)量系統(tǒng)自動(dòng)稱量，
同時(shí)輸送到高剪切乳化機(jī)均化，控制溫度保持在30°C;
(2) 、將所得到的均化物料制成凍膠膜
把所得到的均化物料送至雙螺桿混煉擠出機(jī)組，再經(jīng)噴膜機(jī)的模頭噴出，
進(jìn)入水槽內(nèi)冷卻成型，成為凍膠膜，控制噴膜機(jī)的溫度保持在25(TC，控制水槽
的溫度保持在IO'C;
(3 )、將所得到的凍膠膜進(jìn)行雙向拉伸制成凍膠薄膜-
所得到的凍膠膜經(jīng)牽伸機(jī)向前牽引的同時(shí)進(jìn)行雙向拉伸，雙向拉伸的溫度 控制在3(TC，縱向拉伸倍率為2倍，橫向拉伸倍率為2倍，從而制成凍膠薄膜;
(4)、將所得到的凍膠薄膜牽引至萃取槽中，用萃取劑去除溶劑后，制成 多孔薄膜
凍膠薄膜經(jīng)牽引進(jìn)入萃取槽中，萃取槽中的萃取劑將凍膠薄膜中含有的溶劑去除，制成多孔薄膜，溫度控制在35'C，連續(xù)萃取時(shí)間為3分鐘，采用萃取 劑為二氯甲烷，萃取完成后，生成的溶劑和萃取劑的混合溶液進(jìn)行分離、回收， 以便重復(fù)利用；
(5) 、干燥
多孔薄膜經(jīng)牽伸機(jī)送至干燥機(jī)中干燥，保持干燥溫度40。C，連續(xù)干燥時(shí)間 為2分鐘；
(6) 、雙向拉膜熱定型，制成多孔膜
干燥后的多孔薄膜在145'C的溫度下進(jìn)行雙向拉伸，根據(jù)水處理膜用對多孔 膜的要求，確定縱向拉伸倍率為4倍，橫向拉伸倍率為3倍，制成多孔膜，最 后纏繞成巻。
采用本發(fā)明制成的超高分子量聚乙烯多孔膜，膜厚為30微米，氣孔率為60%， 氣孔的平均直徑為60納米，強(qiáng)度為150牛頓/平方米。
實(shí)施例3
制作分離膜用的超高分子量聚乙烯多孔膜。該超高分子量聚乙烯多孔膜的 凍膠連續(xù)生產(chǎn)方法，其特征在于它包括以下步驟連續(xù)制造完成-
(1) 、將分子量為500萬的超高分子量聚乙烯、溶劑和添加劑混合成均一
物料
所用的溶劑為礦物白油，加入量為超高分子量聚乙烯重量的70%;
所述的添加劑為B225抗氧化劑，加入量為超高分子量聚乙烯重量的0. 05%;
把超高分子量聚乙烯粉料、溶劑和添加劑分別通過失重計(jì)量系統(tǒng)自動(dòng)稱量， 同時(shí)輸送到高剪切乳化機(jī)均化，控制溫度保持在60°C; (2) 、將所得到的均化物料制成凍膠膜把所得到的均化物料送至雙螺桿混煉擠出機(jī)組，再經(jīng)噴膜機(jī)的模頭噴出，
進(jìn)入水槽內(nèi)冷卻成型，成為凍膠膜，控制噴膜機(jī)的溫度保持在26(TC，控制水槽 的溫度保持在30°C;
(3 )、將所得到的凍膠膜進(jìn)行雙向拉伸制成凍膠薄膜
所得到的凍膠膜經(jīng)牽伸機(jī)向前牽引的同時(shí)進(jìn)行雙向拉伸，雙向拉伸的溫度
控制在4(TC，縱向拉伸倍率為4倍，橫向拉伸倍率為2倍，從而制成凍膠薄膜;
(4) 、將所得到的凍膠薄膜牽引至萃取槽中，用萃取劑去除溶劑后，制成
多孔薄膜
凍膠薄膜經(jīng)牽引進(jìn)入萃取槽中，萃取槽中的萃取劑將凍膠薄膜中含有的溶
劑去除，制成多孔薄膜，溫度控制在35'C，連續(xù)萃取時(shí)間為5分鐘，采用萃取 劑為二氯甲垸，萃取完成后，生成的溶劑和萃取劑的混合溶液進(jìn)行分離、回收， 以便重復(fù)利用；
(5) 、干燥
多孔薄膜經(jīng)牽伸機(jī)送至干燥機(jī)中干燥，保持干燥溫度45。C，連續(xù)干燥時(shí)間 為2分鐘；
(6) 、雙向拉膜熱定型，制成多孔膜-
干燥后的多孔薄膜在15(TC的溫度下進(jìn)行雙向拉伸，根據(jù)分離膜用對多孔膜 的要求，確定縱向拉伸倍率為3.5倍，橫向拉伸倍率為1.5倍，制成多孔膜，
最后纏繞成巻。
采用本發(fā)明制成的超高分子量聚乙烯多孔膜，膜厚為15微米，氣孔率為70%， 氣孔的平均直徑為100納米，強(qiáng)度為80牛頓/平方米。
權(quán)利要求
1、一種超高分子量聚乙烯多孔膜的凍膠連續(xù)生產(chǎn)方法，其特征在于它包括以下步驟連續(xù)制造完成(1)、將分子量為300萬-700萬的超高分子量聚乙烯、溶劑和添加劑混合成均一物料所述的溶劑的加入量為超高分子量聚乙烯重量的70-94％；所述的添加劑加入量為超高分子量聚乙烯重量的0.01-0.1％；把超高分子量聚乙烯粉料、溶劑和添加劑分別稱量，同時(shí)輸送到在線高剪切乳化機(jī)均化，控制溫度保持在30-60℃；(2)、將所得到的均化物料制成凍膠膜把所得到的均化物料送至雙螺桿混煉擠出機(jī)組，再經(jīng)噴膜機(jī)的模頭噴出，進(jìn)入水槽內(nèi)冷卻成型，成為凍膠膜，控制噴膜機(jī)的溫度保持在250-260℃，控制水槽的溫度保持在10-30℃；(3)、將所得到的凍膠膜進(jìn)行雙向拉伸制成凍膠薄膜所得到的凍膠膜經(jīng)牽伸機(jī)向前牽引的同時(shí)進(jìn)行雙向拉伸，雙向拉伸的溫度控制在30-60℃，縱向拉伸倍率為2-8倍，橫向拉伸倍率為2-6倍，從而制成凍膠薄膜；(4)、將所得到的凍膠薄膜牽引至萃取槽中，用萃取劑去除溶劑后，制成多孔薄膜凍膠薄膜經(jīng)牽引進(jìn)入萃取槽中，萃取槽中的萃取劑將凍膠薄膜中含有的溶劑去除，制成多孔薄膜，溫度控制在20-40℃，連續(xù)萃取時(shí)間為3-5分鐘，萃取完成后，生成的溶劑和萃取劑的混合溶液進(jìn)行分離、回收，以便重復(fù)利用；(5)、干燥多孔薄膜經(jīng)牽伸機(jī)送至干燥機(jī)中干燥，保持干燥溫度40-45℃，連續(xù)干燥時(shí)間為2分鐘；(6)、雙向拉膜熱定型，制成多孔膜干燥后的多孔薄膜在145-155℃的溫度下進(jìn)行雙向拉伸，縱向拉伸倍率為1-4倍，橫向拉伸倍率為1-3倍，制成多孔膜，最后纏繞成卷。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的超高分子量聚乙烯多孔膜的凍膠連續(xù)生產(chǎn)方法， 其特征在于所述的溶劑為礦物白油。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的超高分子量聚乙烯多孔膜的凍膠連續(xù)生產(chǎn)方法， 其特征在于所述的添加劑為B225抗氧化劑。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的超高分子量聚乙烯多孔膜的凍膠連續(xù)生產(chǎn)方法， 其特征在于所述的萃取劑為二氯甲垸。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種超高分子量聚乙烯多孔膜的凍膠連續(xù)生產(chǎn)方法，其特征在于它包括以下步驟連續(xù)制造完成(1)將超高分子量聚乙烯、溶劑和添加劑混合成均一物料；(2)將所得到的均化物料制成凍膠膜；(3)將所得到的凍膠膜進(jìn)行雙向拉伸制成凍膠薄膜；(4)將所得到的凍膠薄膜牽引至萃取槽中，用萃取劑去除溶劑后，制成多孔薄膜；(5)干燥；(6)雙向拉膜熱定型，制成多孔膜；最后纏繞成卷。該超高分子量聚乙烯多孔膜的凍膠連續(xù)生產(chǎn)方法，能夠連續(xù)生產(chǎn)，容易控制，所制備的多孔膜的強(qiáng)度高、抗腐蝕性強(qiáng)、密度低、耐低溫、阻醇性高、抗溶脹能力強(qiáng)，可廣泛用于質(zhì)子交換膜燃料電池、電容器隔膜、各種分離膜、水處理膜等領(lǐng)域。
文檔編號(hào)B01D71/26GK101618295SQ200910017279
公開日2010年1月6日 申請日期2009年7月31日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月31日
發(fā)明者意 任 申請人:意 任