[發(fā)明專利]超高分子量聚乙烯凍膠顆粒的制備方法及其應(yīng)用

無效

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• 申請日: 2012-03-26
• 公開（公告）號: CN102581979A
• 公開（公告）日: 2012-07-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張雪霞;章宏偉;楊福康;金祖定
• 申請（專利權(quán)）人: 江蘇鏘尼瑪新材料有限公司
• 主分類號: B29B9/06
• 分類號: B29B9/06
• 代理公司: 南京正聯(lián)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 32243
• 代理人: 盧海洋

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及超高分子技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種利用超臨界CO₂制造超高分子量聚乙烯凍膠顆粒的制備方法。本發(fā)明還涉及利用超高分子量聚乙烯凍膠顆粒制造高強(qiáng)PE纖維或超高分子量聚乙烯薄膜的應(yīng)用。

背景技術(shù)

超高分子量聚乙烯纖維或濕法PE二次鋰電隔膜誕生并實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)以來，聚合物的擠出成型技術(shù)一直停留在溶劑和溶質(zhì)簡單混配，組成低濃度溶液在雙螺桿擠出機(jī)中完成溶脹、溶解，然后通過模口擠出成型。無論是形成的凍膠絲，還是凍膠膜，其品質(zhì)好壞直接影響到纖維力學(xué)性能和二次鋰電隔膜的物理性能。而影響凍膠絲或凍膠膜品質(zhì)的主要因素在于超高分子量聚乙烯由無限長柔性分子鏈組成，欲提高凍膠絲或凍膠膜品質(zhì)，需對其微觀凝聚相態(tài)結(jié)構(gòu)的形態(tài)及尺寸可控。而至今業(yè)界是直接把超高分子量聚乙烯在溶劑中進(jìn)行溶解擠出，受溶劑溶解能力、濃度、溫度、停留時間、降解以及大分子纏結(jié)度影響，使得凍膠體微結(jié)構(gòu)存在不均勻狀況，從而影響最終制品的質(zhì)量，同時也限制了生產(chǎn)制造過程聚合物初始濃度的提高，從而影響了生產(chǎn)效率和成本。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種利用超臨界CO₂流體制造超高分子量聚乙烯凍膠顆粒的制備方法及其應(yīng)用。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

超高分子量聚乙烯凍膠顆粒的制備方法，首先將超高分子量聚乙烯粉末與聚乙烯溶劑以質(zhì)量比為6～30：100的比例加入到混合釜中，然后將混合后的漿液由高壓泵輸送至溫度為80～300℃的雙螺桿擠出機(jī)內(nèi)，同時將CO₂儲罐內(nèi)的CO₂經(jīng)壓縮機(jī)壓縮、加熱器加熱至80-300℃并使之達(dá)到超臨界狀態(tài)后導(dǎo)入至雙螺桿擠出機(jī)內(nèi)，在雙螺桿擠出機(jī)中，超臨界狀態(tài)的CO₂快速溶于漿液并形成“聚合物-溶劑-CO₂”三相混合物，三相混合物經(jīng)過濾器過濾后進(jìn)入封閉室內(nèi)，然后由熔體泵進(jìn)入模口并擠出含有聚乙烯溶劑、CO₂和超高分子量聚乙烯細(xì)流，在擠出的同時，保證封閉室內(nèi)溫度為10～15℃，使超高分子量聚乙烯細(xì)流預(yù)冷后形成條帶狀凍膠體，條帶狀凍膠體經(jīng)過切粒機(jī)切粒后即得超高分子量聚乙烯凍膠顆粒，而封閉室內(nèi)的N₂、CO₂和部分溶劑經(jīng)過冷凝分離器分離、提純、凈化處理后分別收集回用。

所述封閉室內(nèi)是通過往其內(nèi)部通入冷的N₂或冷的CO₂來實(shí)現(xiàn)降低溫度和壓力的。

所述聚乙烯溶劑為十氫萘、白礦油、碳?xì)溆袡C(jī)溶劑、煤油中的一種。

所述CO₂儲罐內(nèi)的CO₂純度為99%。

將上述制得的超高分子量聚乙烯凍膠顆粒通過進(jìn)料口，進(jìn)入溫度為100～260℃的雙螺桿擠出機(jī)A，經(jīng)過熔體過濾器的溶解、勻化、混煉、精濾得凍膠體，凍膠體經(jīng)計(jì)量泵計(jì)量以及在10～15℃冷卻水溶內(nèi)由模口A擠出形成凍膠絲，然后再經(jīng)過清洗、干燥、拉伸形成高強(qiáng)高模聚乙烯纖維。或者將凍膠體經(jīng)過15～30℃冷卻水輥形成凍膠膜，凍膠膜經(jīng)同向雙拉、清洗、干燥、橫拉定型，分切、卷繞，得到二次鋰電池隔膜。

本發(fā)明根據(jù)高溫高壓下PE分子鏈“蛇形”受限運(yùn)動特點(diǎn)，利用超臨界狀態(tài)下CO₂流體在聚乙烯溶劑中起到助溶劑作用，并PE/CO₂體系中UHMWPE鏈結(jié)晶形態(tài)與微孔可控，形成高剛性伸直鏈結(jié)晶相，即“聚合物-溶劑-CO₂”三相混合物，三相混合物在低溫、減壓狀態(tài)下擠出形成結(jié)構(gòu)均勻、良好序態(tài)的凍膠顆粒。該凍膠顆粒再次熔融、溶解、定量擠出、形成凍膠纖維或凍膠薄膜，然后再經(jīng)拉伸、萃取、干燥等工序形成高強(qiáng)高模聚乙烯纖維或PE隔膜，制得的高強(qiáng)高模聚乙烯纖維比強(qiáng)度為33～40cN/dtex，模量為1200～1600cN/dtex。PE隔膜平均厚度≤12μm，厚度偏差±1，孔隙為40～55%，針刺強(qiáng)度400～600gf。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是：對目前超高分子量聚乙烯凝膠技術(shù)加工中制品力學(xué)性能不穩(wěn)，品質(zhì)不高、均勻性差，效率低等問題，提出了新的解決方案，有效的提高了生產(chǎn)穩(wěn)定性，制品結(jié)構(gòu)勻一性和品質(zhì)，減少了不合格率，降低制造成本。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。

圖1為本發(fā)明制備超高分子量聚乙烯凍膠顆粒流程圖。

圖2為本發(fā)明凍膠顆粒轉(zhuǎn)化為高強(qiáng)高模聚乙烯纖維工藝流程。

圖3為本發(fā)明凍膠顆粒轉(zhuǎn)化為二次鋰電池隔膜工藝流程。