超薄高强聚烯烃微孔膜的制备方法及聚烯烃微孔膜

摘要

本发明公开了一种超薄高强聚烯烃微孔膜的制备方法，它以聚烯烃树脂为原料，采用热致相分离原理制备聚烯烃多孔膜，包括如下步骤：a.聚烯烃溶胀溶解；b.铸片；c.聚烯烃流延膜一次拉伸；d.聚烯烃膜二次拉伸。本发明还公开利用该方法制备的聚烯烃微孔膜。本发明具有方便半连续生产、工艺流程简单易操作的优点。

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子二次电池，尤其是涉及一种能方便半连续生产、工艺 流程简单易操作的超薄高强聚烯烃微孔膜的制备方法及聚烯烃微孔膜。

背景技术

由于聚烯烃具有良好化学稳定性和优异物理性能，其微孔膜隔膜被广泛 应用于电池、电容器、水处理、水淡化及生物医用及医用等领域，尤其是大 量用作锂离子电池的隔膜。在现有技术中，制备聚烯烃微孔膜的方法有干法 工艺(单向拉伸和双向拉伸)和湿法工艺(热致相分离法)。与其它方法对 比，湿法工艺能够生产更薄的微孔膜，且其厚度均匀，物理性能优异。

在隔膜加工工艺中会使用高分子量的树脂改善多孔膜的物理性能。但聚 烯烃树脂的分子链比较长且为非极性的晶态聚合物，在熔融加热阶段，由于 高温和强剪切的作用，聚烯烃分子链易热氧、机械降解，使分子链的化学键 断裂成活泼的自由基和氢过氧化物，而氢过氧化物进一步分解产生烃氧自由 基和羟基自由基，导致一系列的自由基链式反应引起聚烯烃树脂的结构和性 质发生根本变化。同时，在挤出固体输送阶段，因剪切高温作用，聚烯烃树 脂容易碳化，其碳化后的细小颗粒在铸片时会随熔体挤出，最终使薄膜上出 现晶点或其他不良问题，造成产品质量问题，降低成品率。另外，树脂碳化 物也容易积存在双螺杆挤出机内，需要拆卸螺杆清除，会造成对生产巨大的 影响，无疑会极大地增加加工成本，浪费宝贵的生产时间，降低生产效率。

发明内容

为克服上述缺点，提供一种能方便半连续生产、工艺流程简单易操作的 超薄高强聚烯烃微孔膜的制备方法。

本发明的目的是通过以下技术措施实现的，一种超薄高强聚烯烃微孔膜 的制备方法，它以聚烯烃树脂为原料，采用热致相分离原理制备聚烯烃多孔 膜，包括如下步骤：

a.聚烯烃溶胀溶解：在捏合机中将抗氧剂溶解于稀释剂中，向稀释剂 内加入聚烯烃树脂粉末进行搅拌均匀，在氮气保护下，升温至80℃-150℃保 温溶胀，得到溶胀聚烯烃；在氮气保护下，向溶胀聚烯烃中加入稀释剂，在 100-400℃下溶解形成混合物；

b.铸片：将上一步骤所得的混合物由齿轮输送泵送入挤出机，采用挤 出机塑化混合物形成聚烯烃溶液，得到的聚烯烃溶液在计量泵的控制下从模 头挤出，得到聚烯烃熔体；

c.聚烯烃流延膜一次拉伸：聚烯烃熔体从模头挤出后，通过急冷辊将 熔体冷却成得到膜片，接着通过双向拉伸机进行双向拉伸，然后在室温下利 用稀释剂对膜片萃取除油并干燥；

d.聚烯烃膜二次拉伸：将萃取后的膜片在热拉伸箱中再进行二次拉伸 或二次拉伸与后序处理后得到聚烯烃微孔膜。

作为一种优先方式，所述聚烯烃溶胀溶解步骤中，所得到混合物中聚烯 烃树脂与稀释剂重量比为1:1-10。

作为一种优先方式，所述挤出机为螺杆挤出机，所述螺杆挤出机的螺杆 转速为50-250rpm，挤出机的工作温度为100-400℃，输出压力为10-50MPa； 急冷辊工作温度为5-50℃；流延膜双向拉伸倍率为1-10×2-20。

作为一种优先方式，所述抗氧剂为受阻酚、亚磷酸酯或有机硫化物，所 述抗氧剂与聚烯烃树脂的重量比例为1:50-10000。

作为一种优先方式，所述抗氧剂为3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯)丙酸 十八烷基酯、亚磷酸十二烷基三酯、双十八烷基季戊四醇双亚磷酸酯、硫代 二丙酸双十二醇酯或硫代二丙酸双异构十三醇酯等。

作为一种优先方式，所述稀释剂为十氢萘、煤油、石蜡油、石蜡中的一 种或多种。

作为一种优先方式，所述稀释剂为石蜡油或石蜡。

作为一种优先方式，所述聚烯烃树脂的平均分子量为1×10⁴～1×10⁷。 优选1×10⁴～5×10⁶，更为优选5×10⁵～5×10⁶。

作为一种优先方式，所述聚烯烃粉末的粒径范围为0.01μm-10μm。优 选0.1μm-2μm。

本发明还公开了一种由上述制备方法制备的聚烯烃微孔膜，聚烯烃微孔 膜的厚度为5-30μm，孔隙率为32-55％，平均孔径为25-55纳米，在105℃ 时热收缩率为不大于4.0，MD拉伸强度大于160MPa，TD拉伸强度大于150MPa， 透气率大于180±50sec/100m。

本发明具有以下有益效果：

本发明采用预溶胀溶解法制备聚烯烃/稀释剂均相溶液，能够在低温度、 低剪切速度等条件下实现高分子量聚烯烃与稀释剂的塑化和混合，可制得高 品质聚烯烃微孔膜。

本发明采用含有碳链的抗氧剂，能与稀释剂均匀混合并采用同一种萃取 溶剂将其萃取干净，既保证了对聚合物熔体的抗氧化作用，又不影响产品质 量。

本发明是一种具有高生产效率及优异的挤出—混合性和拉伸性制备微 孔膜的方法。

本发明具有能够半连续生产、工艺流程简单易操作；本发明制备的微孔 膜厚度为5～30μm的隔膜，孔隙率为32～55％，平均孔径为25～55纳米， 在105℃时热收缩率为不大于4.0，MD拉伸强度大于160MPa，TD拉伸强度大 于150MPa。

附图说明

图1为本发明实施例1的聚烯烃微孔膜的扫描电镜微观结构图。

具体实施方式

下面结合实施例并对照附图对本发明作进一步详细说明。

一种超薄高强聚烯烃微孔膜的制备方法，它以聚烯烃树脂为原料，采用 热致相分离原理制备聚烯烃多孔膜，包括如下步骤：

a.聚烯烃溶胀溶解：在捏合机中将抗氧剂溶解于稀释剂中，向稀释剂 内加入聚烯烃树脂粉末进行搅拌均匀，在氮气保护下，升温至80℃-150℃保 温溶胀，得到溶胀聚烯烃；在氮气保护下，向溶胀聚烯烃中加入稀释剂，在 100-400℃下溶解形成混合物；

b.铸片：将上一步骤所得的混合物由齿轮输送泵送入挤出机，采用挤出 机塑化混合物形成聚烯烃溶液，得到的聚烯烃溶液在计量泵的控制下从模头 挤出，得到聚烯烃熔体；

c.聚烯烃流延膜一次拉伸：聚烯烃熔体从模头挤出后，通过急冷辊将 熔体冷却成得到膜片，接着通过双向拉伸机进行双向拉伸，然后在室温下利 用稀释剂对膜片萃取除油并干燥；

d.聚烯烃膜二次拉伸：将萃取后的膜片在热拉伸箱中再进行二次拉伸 或二次拉伸与后序处理后得到聚烯烃微孔膜。

采用上述方法所制备的聚烯烃微孔膜的厚度为5-30μm，孔隙率为 32-55％，平均孔径为25-55纳米，在105℃时热收缩率为不大于4.0，MD拉 伸强度大于160MPa，TD拉伸强度大于150MP，透气率大于180±50sec/100m。

本发明的超薄高强聚烯烃微孔膜的制备方法，在前面技术方案的基础 上，具体的是聚烯烃溶胀溶解步骤中，所得到混合物中聚烯烃树脂与稀释剂 重量比为1:1-10。

本发明的超薄高强聚烯烃微孔膜的制备方法，在前面技术方案的基础 上，具体的是挤出机为螺杆挤出机，螺杆挤出机的螺杆转速为50-250rpm， 挤出机的工作温度为100-400℃，输出压力为10-50MPa；急冷辊工作温度 为5-50℃；流延膜双向拉伸倍率为1-10×2-20。

本发明的超薄高强聚烯烃微孔膜的制备方法，在前面技术方案的基础 上，具体的是抗氧剂为受阻酚、亚磷酸酯或有机硫化物，所述抗氧剂与聚烯 烃树脂的重量比例为1:50-10000。优选地选用含有长链碳结构的抗氧剂，更 优选地选用C12以上长链结构的抗氧剂，包括但不局限于3-(3,5-二叔丁基 -4-羟基苯)丙酸十八烷基酯，亚磷酸十二烷基三酯，双十八烷基季戊四醇 双亚磷酸酯，硫代二丙酸双十二醇酯，硫代二丙酸双异构十三醇酯等。

本发明的超薄高强聚烯烃微孔膜的制备方法，在前面技术方案的基础 上，具体的是稀释剂为十氢萘、煤油、石蜡油、石蜡中的一种或多种。优选 石蜡油或石蜡。

本发明的超薄高强聚烯烃微孔膜的制备方法，在前面技术方案的基础 上，具体的是聚烯烃树脂为单一物质或含有2种或2种以上的聚烯烃的组合 物的任何一种。聚烯烃优选含有聚乙烯和/或聚丙烯的，聚烯烃树脂的平均 分子量为1×10⁴～1×10⁷。优选1×10⁴～5×10⁶，更为优选5×10⁵～5×10⁶。 作为聚乙烯，可不局限于超高分子量聚乙烯、高密度聚乙烯、中密度聚乙烯 及低密度聚乙烯。这些聚乙烯可以是乙烯均聚物或含有少量其他的α烯烃的 共聚物。

本发明的超薄高强聚烯烃微孔膜的制备方法，在前面技术方案的基础 上，具体的是聚烯烃粉末的粒径范围为0.01μm-10μm。优选0.1μm-2μm。

下面结合具体实施方式对上述方案做进一步说明。

实施例1

(1)在氮气保护下，首先将抗氧剂溶解在稀释剂中，然后将聚烯烃树 脂和稀释剂加入捏合机中溶胀溶解。其中抗氧剂与聚烯烃树脂的质量比为 1:8000，聚烯烃与稀释剂的质量比为1:3，溶胀温度为100℃，溶解温度为 250℃。

本实施例中的抗氧剂采用双十八烷基季戊四醇双亚磷酸酯，聚烯烃树脂 为重均分子量200万的超高分子量聚乙烯树脂，稀释剂采用石蜡油。

(2)将溶胀溶解得到的混合物由齿轮输送泵加入挤出机，经混合分散 和剪切作用，得到均一的熔体。急冷辊冷却成片材，经双向拉伸、萃取干燥 等制成聚乙烯微孔膜产品。挤出机温度为100～300℃，双向拉伸倍率为7× 8倍。产品性能见表1，图1为本实施例所制备的聚烯烃微孔膜的扫描电镜 微观结构图。

实施例2

(1)在氮气保护下，首先将抗氧剂溶解在稀释剂中，然后将聚烯烃树 脂和稀释剂加入捏合机中溶胀溶解。其中抗氧剂与聚烯烃树脂的质量比为 1:8000，聚烯烃与稀释剂的质量比为1:3，溶胀温度为100℃，溶解温度为 250℃。

本实施例中的抗氧剂采用双十八烷基季戊四醇双亚磷酸酯，聚烯烃树脂 为重均分子量500万的超高分子量聚乙烯树脂，稀释剂采用石蜡油。

(2)将溶胀溶解得到的混合物由齿轮输送泵加入挤出机，经混合分散 和剪切作用，得到均一的熔体。急冷辊冷却成片材，经双向拉伸、萃取干燥 等制成聚乙烯微孔膜产品。挤出机温度为100～300℃，双向拉伸倍率为7× 8倍。产品性能见表1。

实施例3

与实施例1不同处在于：将聚烯烃与稀释剂的质量比由1:3改为1:4， 其产品性能见表1。

实施例4

与实施例1不同处在于将聚烯烃与稀释剂的溶胀温度由100℃降为80 摄氏度，溶解温度由250℃降为200℃，挤出机温度为150～400℃，其产品 性能见表1。

表1

拉伸强度：根据ASTM D882测定。其中MD表示纵向拉伸强度，TD表示 横向拉伸强度。

穿刺强度的测试方法：测定使用前端为球面(曲率半径为R＝0.5mm)的 针，以2mm/s的速度扎入微孔膜时的最大负荷。

透气性：采用透气度测定仪，在12.2英寸油柱压力下100ml空气通过1 平方英寸产品所需的时间。

以上是对本发明超薄高强聚烯烃微孔膜及其制备方法进行了阐述，用于 帮助理解本发明，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，任何未背 离本发明原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换 方式，都包含在本发明的保护范围之内。