[發明專利]熱致相分離法制備超高分子量聚乙烯多孔膜的方法

有效

• 申請號: 200610113814.1
• 申請日: 2006-10-18
• 公開（公告）號: CN101164677A
• 公開（公告）日: 2008-04-23
• 發明（設計）人: 丁懷宇;李蘭;王麗華;劉必前
• 申請（專利權）人: 中國科學院化學研究所
• 主分類號: B01D71/26
• 分類號: B01D71/26;B01D67/00
• 代理公司: 上海智信專利代理有限公司
• 代理人: 李柏

技術領域

本發明涉及超高分子量聚乙烯多孔膜的制備方法，特別涉及采用熱致相分離法制備高性能的超高分子量聚乙烯(UHMWPE)多孔膜的方法。

背景技術

超高分子量聚乙烯是一種性能極其優良的工程塑料，通常其分子量為500,000～8,000,00之間。由于超高分子量聚乙烯有極高的分子量，從而產生了極其優異的性能。超高分子量聚乙烯不僅有優異的機械性能，包括抗摩擦性、抗沖擊性、以及抗溶劑性，并且其耐溫性能極佳，其低溫可以在-269℃使用。

超高分子量聚乙烯雖然有優異的性能，但由于超高分子量聚乙烯常溫下無合適溶劑，無法采用溶致相分離法制備微孔膜。因此，為了得到耐酸堿、耐溫性的電池隔膜等，當前采用熔融拉伸法制備超高分子量聚乙烯多孔膜，使其應用領域受到限制。并且傳統的熔融拉伸法得的膜有如下缺點，包括孔徑不均勻，孔徑分布過寬以及孔隙率偏低的缺點。

TIPS法是二十世紀八十年代興起的一種制膜方法，主要解決在常溫下無合適溶劑，不能通過溶致相分離法成膜的聚合物。超高分子量聚乙烯在常溫下無任何溶劑可溶，因此可以采用熱致相分離法來制備超高分子量聚乙烯多孔膜。

美國申請專利US4828772和US778601，公開了熱致相分離法制備超高分子量聚乙烯膜。主要采用成孔劑(包括煤油、汽油、礦物油)作為溶劑，將成孔劑與超高分子量聚乙烯混合，加熱成均相溶液，然后降溫分相，形成孔結構。但得到的多孔膜普遍孔隙率低，孔結構不好，難以應用于實際。

發明內容

本發明的目的在于提出一種超高分子量聚乙烯多孔膜的制備方法，采用合適的稀釋劑如白油、石蠟、石蠟油等，以熱致相分離法制備出超高分子量聚乙烯多孔膜。該方法為聚合物與稀釋劑混合后，加熱升溫互溶，涂覆在模板上或通過雙管式口模擠出后拉伸，最后冷卻成膜。該方法可形成結構優良的超高分子量聚乙烯多孔膜，低成本高性能，并且孔結構的分布窄，膜的機械性能和耐溫、耐溶劑性能優良，有傳統熔融拉伸法所無法比擬的優點。

本發明的超高分子量聚乙烯多孔膜，包括超高分子量聚乙烯多孔中空纖維膜、超高分子量聚乙烯多孔平板膜。

本發明的熱致相分離法制備高性能的超高分子量聚乙烯(UHMWPE)多孔膜的方法按照以下步驟進行：

(1).將超高分子量聚乙烯樹脂和稀釋劑相混合，其中混合物中超高分子量聚乙烯樹脂的含量為5～60wt％，優選5～40wt％；

(2).將步驟(1)得到的混合物放入高溫攪拌釜中，升溫至180℃～280℃，優選200℃～280℃，攪拌形成均相溶液；

(3).將步驟(2)得到的聚合物均相溶液和形成纖維內部空腔的液體通過雙管式口模(或噴頭)擠出得到中空纖維膜，或將步驟(2)得到的聚合物均相溶液直接涂覆在模板上得到平板膜；將得到的中空纖維膜或平板膜浸入冷卻液中冷卻，并同時對中空纖維膜進行一維拉伸，或對平板膜進行雙向拉伸；使形成膜的溶液發生相分離，最后凝固成膜；

(4).用醇類、鹵代烯烴或鹵代烷烴等萃取劑來萃取掉步驟(3)所得膜中的稀釋劑，得到超高分子量聚乙烯多孔中空纖維膜或超高分子量聚乙烯多孔平板膜；

(5).對萃取劑進行精餾分離，重復使用。

本發明制備出的高性能的超高分子量聚乙烯多孔膜包括平板膜、中空纖維膜，并且得到的超高分子量聚乙烯多孔膜中的孔結構可為枝條狀結構，孔隙率達到50～85％，且孔徑分布較窄，孔的直徑為0.1～10μm。本發明將均相溶液通過口模或噴頭擠制出想要的中空纖維膜，一般口模為雙管式，在擠出聚合物溶液的同時，也擠出形成纖維內部空腔的液體，當形成中空纖維膜或平板膜的膜溶液進入冷卻液中冷卻時，發生熱致相分離形成孔結構，同時進行膜的拉伸，通過拉伸進一步擴大孔結構及孔隙率，再經過萃取后就形成中空纖維膜。

本發明的特點是選用新的稀釋劑(白油、石蠟、石蠟油等)，采用熱致相分離法，通過高溫相溶，低溫分相來形成孔結構。本發明方法制備的超高分子量聚乙烯多孔膜，其內部孔徑范圍0.1～10μm，孔隙率范圍50～85％，且孔徑均勻。

所述的拉伸過程主要用于進一步提高孔隙率和增加膜的強度，并且由于超高分子量聚乙烯的優良機械性能，使得拉伸效果顯著。