专利名称：一种超高分子量聚乙烯平板膜的制备方法
技术领域：
本发明属于多孔膜材料加工领域，具体涉及一种超高分子量聚乙烯平板膜的制备方法。
背景技术：
超高分子量聚乙烯(UHMWPE)的相对分子量在100万以上，呈线性长链结构，具 有良好的力学性能和优异的耐冲击、耐磨损、自润滑、耐化学腐蚀、耐低温等品质，选用UHMWPE制备的膜材料具有加工方便、性能优异、使用寿命长、过滤效果好等优点。UHMWPE膜主要分为无孔膜和微孔膜两种。无孔膜主要应用于阻隔包装材料，由于其非极性的结构特点和优良的耐低温性，对水蒸汽和其它极性材料可以起到很好的阻隔作用；另外，还可作为有剥离纸的压敏性粘合胶带的基体等。微孔膜由于具有优越的抗污染性和化学稳定性，主要应用于污水处理等过滤领域。例如，利用UHMWPE基体上的微观孔洞，化工上可以实现低能耗的非均相分离；医药上能将复杂的药物分离提纯工艺大大简化；能源上可以广泛地应用于蓄电池隔板隔膜，使铅酸蓄电池免维护成为可能，并大大提高冷起动性能。目前，UHMWPE微孔膜具有应用价值的制备方法主要包括
I)颗粒烧结法
将UHMWPE粉状或粒状的原料，在一定的温度和压力下在模具中进行模压，使物料之间相互粘连形成聚集体。此种薄膜的结构特点是孔与孔间相通，而且通路之间呈现出一种曲折的轨迹，具有分形结构。此方法操作简单，但微观结构特点呈随机性，而且其孔径及其分布较难控制，特别是较难获得厚度在2mm以下的膜材料，使应用受到很大的局限性。2)热致相分离法(TIPS)
将UHMWPE放入具有致孔性的溶剂中，加热溶解形成溶液，挤出成膜，在冷却的过程中发生相分离，溶剂被去处掉，形成的薄膜产生收缩，所以需要对薄膜进行牵引或拉伸。另夕卜，考虑到加工性和产品性能，固-液相分离体系中的相分离行为、冷却速率、UHMWPE浓度、UHMWPE分子量等对微孔膜的结构及性能有着重要的影响。其中，UHMWPE溶液的浓度控制在2 30%之内；溶液浓度小于2%时，挤出成型的膜强度无法满足后续加工的要求；溶液浓度大于30%时，溶液粘度太大，难以顺利成型。TIPS法的工艺可以较好地控制孔径及孔隙率。本发明即采用热致相分离法的基本原理，并部分结合了流延膜的制备工艺进行UHMWPE平板膜的加工生产。其中包括UHMWPE混合物的配方设计、UHMWPE溶液的形成、UHMWPE膜的挤出、固化、双向拉伸的工艺。在溶液配方设计中包括了 UHMWPE料的改性与致孔剂的添加等，在溶液形成过程中使用了容易挥发的有机溶剂，在高温下对UHMWPE进行溶解，在膜挤出、固化过程中，采用了 T型狭缝口模并将膜吹贴到冷却辊上，在双向拉伸过程中采用不同温度、不同拉伸速度的多级拉伸辊进行，拉伸过程中同时使溶剂挥发。
发明内容
本发明目的是通过连续的工艺制备超高分子量聚乙烯多孔膜材料。本发明涉及一种超高分子量聚乙烯平板膜的制备方法，包括以下步骤
(1)将超高分子量聚乙烯及其添加剂与溶剂形成均匀的混合料；
(2)将混合料经加热、搅拌形成溶液；
(3 )溶液经挤出、固化、双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为100万 1000万，平均粒径为
0.5 300um。
其中，所述的步骤(I)中溶剂在高温下具有高的挥发性，可溶解超高分子量聚乙烯的有机溶剂，如十氢化萘，四氢化萘等。其中，所述的步骤I中超高分子量聚乙烯在溶剂中的含量为29T30wt%。其中，所述的步骤(I)中添加剂可以为以下材料中的一种或多种粉状高密度聚乙烯，加入量为09^80% ;粉状低密度聚乙烯，加入量为09^30% ;其它功能性添加剂，包括亲水剂、致孔剂、活化剂、抗氧剂，加入量为09^150% ;如，活性碳，加入量为09^150% ;碳黑，力口入量为0% 50% ;碳酸钙，加入量为0% 150% ;纳米二氧化硅，加入量0% 150%，聚氧化乙烯，力口入量为0% 50% ;氯化钠，加入量为0% 50%，抗氧剂1076，加入量为0. 5% 5% ;其上所述添加剂的加入量为添加剂与超高分子量聚乙烯的比值。其中，所述的步骤(I)中将超高分子量聚乙烯及其添加剂与溶剂形成均匀的混合料，是在(T90 V通过高速搅拌装置搅拌均匀，优选采用高速乳化机进行乳化。其中，所述的步骤(2)中将混合料加热、搅拌形成溶剂，包括了超高分子量聚乙烯的溶胀、溶解两个过程，其中溶胀温度为9(T140°C，溶胀时间为f 120min ;溶解温度为120 210°C，溶解时间为 l(Tl20min。其中，所述的步骤(2)中溶液形成过程可以在反应釜中进行，也可以在螺杆挤出机中进行。其中，所述的步骤(3)中挤出系通过T型的狭缝口模，口膜狭缝为f 20mm，宽度为10 100cm。其中，所述的步骤(3)中固化系通过气刀喷出的压缩空气或直接牵引的方法将溶液吹贴到冷却辊上，使其平整地延展在辊面上形成薄膜，冷却辊的温度为7(noo°c。其中，所述的步骤(3)中的双向拉伸系通过多级辊筒实现，优选2飞级辊筒，多级辊筒的温度为3(Tl00°C，纵向拉伸倍率为2 10倍，横向拉伸倍率为2 8倍。其中，所述的步骤(3)中的挤出、固化、双向拉伸过程需要有抽吸风装置将蒸发的溶剂进行回收处理。其中，所述的超高分子量聚乙烯成品膜厚度为0. rimm,宽度为2(T300cm。其中，所述的超高分子量聚乙烯成品膜的孔径在0.05 17um之间，孔隙率在20 80%之间。
图I为本发明中超高分子量聚乙烯平板膜制备方法的流程示意图。图2为本发明制备的超高分子量聚乙烯平板膜电镜图。
具体实施例方式结合以下具体实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的保护内容不局限于以下实施例。在不背离发明 构思的精神和范围下，本领域技术人员能够想到的变化和优点都被包括在本发明中，并且以所附的权利要求书为保护范围。实施例I
将一定质量的粘均分子量为250万，平均粒径为150um的超高分子量聚乙烯与十氢化萘、抗氧剂1076配成浓度为wt20%的超高分子量聚乙烯混合液，在高速搅拌装置中搅拌形成乳浊液，将乳浊液加热到105°C，搅拌并停留30min，使超高分子量聚乙烯溶胀，继续升高温度到165°C，搅拌并停留30min，使超高分子量聚乙烯充分溶解。将溶解好的溶液经双螺杆并通过T字型口模挤出，超高分子量聚乙烯溶液并迅速吸卷到辊筒I上，辊筒I的温度为90°C，将固化的超高分子量聚乙烯膜牵引到具有凹槽的辊筒2上，辊筒2的温度为110°C，辊筒2与辊筒I的转速比为I. 5:1，后将超高分子量聚乙烯膜牵引到具有凹槽的辊筒3上，辊筒3的温度为120°C，辊筒3与辊筒2的转速比为2. 5:1，后将超高分子量聚乙烯膜牵引到辊筒4上，辊筒4的温度为90°C，辊筒4与辊筒3的转速比为I. 3:1，后将超高分子量聚乙烯膜牵引到辊筒5上，辊筒5的温度为70°C，辊筒5与辊4的转速比为1:1，后将超高分子量聚乙烯膜卷绕形成成品。在辊筒f辊筒5之间设置吸风装置对十氢萘溶剂进行抽吸处理。成品膜的厚度在0. 25mm之间，宽度200cm，孔径在0. 5um之间，孔隙率约35%。实施例2
将一定质量的粘均分子量为250万，平均粒径为150um的超高分子量聚乙烯与碳酸钙、十氢萘、抗氧剂1076配成浓度为wtl5%的超高分子量聚乙烯混合液，其中超高分子量聚乙烯与碳酸钙的比例为3:1，在高速搅拌装置中将混合液搅拌形成乳浊液，将乳浊液加热到105°C，搅拌并停留30min，使超高分子量聚乙烯溶胀，继续升高温度到165°C，搅拌并停留30min，使超高分子量聚乙烯充分溶解。将溶解好的溶液经双螺杆并通过T字型口模挤出，超高分子量聚乙烯溶液通过气刀喷出的压缩空气迅速吸卷到辊筒I上，辊筒I的温度为90°C，将固化的超高分子量聚乙烯膜牵引到具有凹槽的辊筒2上，辊筒2的温度为110°C，辊筒2与辊筒I的转速比为I. 3:1，后将超高分子量聚乙烯膜牵引到具有凹槽的辊筒3上，辊筒3的温度为120°C，辊筒3与辊筒2的转速比为2. 3:1，后将超高分子量聚乙烯膜牵引到辊筒4上，辊筒4的温度为90°C，辊筒4与辊筒3的转速比为I. 5:1，后将超高分子量聚乙烯膜牵引到辊筒5上，辊筒5的温度为70°C，辊筒5与辊4的转速比为1:1，后将超高分子量聚乙烯膜卷绕形成成品。在辊筒f辊筒5之间设置吸风装置对十氢萘溶剂进行抽吸处理。成品膜的厚度在0. 35mm之间，宽度200cm，孔径在Ium之间，孔隙率约55%。实施例3
将一定质量的粘均分子量为250万，平均粒径为150um的超高分子量聚乙烯与高密度聚乙烯、十氢萘、抗氧剂1076配成浓度为wt30%的聚乙烯树脂混合液，其中超高分子量聚乙烯与粉状高密度聚乙烯、碳酸钙的比例为2:1:1. 5，在高速搅拌装置中将混合液搅拌形成乳浊液，将乳浊液加热到105°C，搅拌并停留30min，使超高分子量聚乙烯溶胀，继续升高温度到160°C，搅拌并停留30min，使超高分子量聚乙烯充分溶解。将溶解好的溶液经双螺杆并通过T字型口模挤出，超高分子量聚乙烯溶液并迅速吸卷到辊筒I上，辊筒I的温度为90°C，将固化的超高分子量聚乙烯膜牵引到具有凹槽的辊筒2上，辊筒2的温度为110°C，辊筒2与辊筒I的转速比为2:1，后将超高分子量聚乙烯膜牵引到具有凹槽的辊筒3上，辊筒3的温度为120°C，辊筒3与辊筒2的转速比为2. 8:1，后将超高分子量聚乙烯膜牵引到辊筒4上，辊筒4的温度为90°C，辊筒4与辊筒3的转速比为I. 7:1，后将超高分子量聚乙烯膜牵引到辊筒5上，辊筒5的温度为70°C，辊筒5与辊4的转速比为1:1，后将超高分子量聚乙烯膜卷绕形成成品。在辊筒广辊筒5之间设置吸风装置对十氢萘溶剂进行抽吸处理。成品膜的厚度在0. 5mm之间，宽度200cm，孔径在8um之间，孔隙率约65%。 实施例4
将一定质量的粘均分子量为250万，平均粒径为150um的超高分子量聚乙烯与高密度聚乙烯、十氢萘、抗氧剂1076配成浓度为wt30%的聚乙烯树脂混合液，其中超高分子量聚乙烯与粉状高密度聚乙烯、纳米二氧化硅的比例为2:1:0. 5，在高速搅拌装置中将混合液搅拌形成乳浊液，将乳浊液加热到105°C，搅拌并停留30min，使超高分子量聚乙烯溶胀，继续 升高温度到160°C，搅拌并停留30min，使超高分子量聚乙烯充分溶解。将溶解好的溶液经双螺杆并通过T字型口模挤出，超高分子量聚乙烯溶液并迅速吸卷到辊筒I上，辊筒I的温度为90°C，将固化的超高分子量聚乙烯膜牵引到具有凹槽的辊筒2上，辊筒2的温度为110°C，辊筒2与辊筒I的转速比为2:1，后将超高分子量聚乙烯膜牵引到具有凹槽的辊筒3上，辊筒3的温度为120°C，辊筒3与辊筒2的转速比为2.8:1，后将超高分子量聚乙烯膜牵引到辊筒4上，辊筒4的温度为90°C，辊筒4与辊筒3的转速比为I. 8:1，后将超高分子量聚乙烯膜牵引到辊筒5上，辊筒5的温度为70°C，辊筒5与辊4的转速比为1:1，后将超高分子量聚乙烯膜卷绕形成成品。在辊筒广辊筒5之间设置吸风装置对十氢萘溶剂进行抽吸处理。成品膜的厚度在0. 5mm之间，宽度200cm，孔径在5um之间，孔隙率约58%。
权利要求
1.一种超高分子量聚乙烯平板膜的制备方法，包括以下步骤 (1)将超高分子量聚乙烯及其添加剂与溶剂形成均匀的混合料； (2)将混合料经加热、搅拌形成溶液； (3 )溶液经挤出、固化、双向拉伸等工序制成平板膜。
2.如权利要求I所述的一种超高分子量聚乙烯平板膜的制备方法，其特征在于，所述超高分子量聚乙烯粉末的粘均分子量为100万 1000万，平均粒径为0. 5 300um。
3.如权利要求I所述的一种超高分子量聚乙烯平板膜的制备方法，其特征在于，所述的步骤(I)中溶剂在高温下具有高的挥发性，可溶解超高分子量聚乙烯的有机溶剂，如十氢化萘，四氢化萘等。
4.如权利要求I所述的一种超高分子量聚乙烯平板膜的制备方法，其特征在于，所述的步骤I中超高分子量聚乙烯在溶剂中的含量为29T30wt%。
5.如权利要求I所述的一种超高分子量聚乙烯平板膜的制备方法，其特征在于，所述的步骤(I)中添加剂可以为以下材料中的一种或多种粉状高密度聚乙烯，加入量为09^80% ;粉状低密度聚乙烯，加入量为09^30% ;其它功能性添加剂，包括亲水剂、致孔剂、活化剂、抗氧剂，加入量为09^150% ;如，活性碳，加入量为09^150% ;碳黑，加入量为09^50% ；碳酸钙，加入量为0% 150% ;纳米二氧化硅，加入量0% 150%，聚氧化乙烯，加入量为0% 50% ；氯化钠，加入量为0% 50%，抗氧剂1076，加入量为0. 59^5% ;其上所述添加剂的加入量为添加剂与超高分子量聚乙烯的比值。
6.如权利要求I所述的一种超高分子量聚乙烯平板膜的制备方法，其特征在于，所述的步骤(I)中将超高分子量聚乙烯及其添加剂与溶剂形成均匀的混合料，是在(T90°C通过高速搅拌装置搅拌均匀，优选采用高速乳化机进行乳化。
7.如权利要求I所述的一种超高分子量聚乙烯平板膜的制备方法，其特征在于，所述的步骤(2)中将混合料加热、搅拌形成溶剂，包括了超高分子量聚乙烯的溶胀、溶解两个过程，其中溶胀温度为9(Tl40°C，溶胀时间为l 120min ;溶解温度为12(T210°C，溶解时间为l(Tl20min。
8.如权利要求I所述的一种超高分子量聚乙烯平板膜的制备方法，其特征在于，所述的步骤(2)中溶液形成过程可以在反应釜中进行，也可以在螺杆挤出机中进行。
9.如权利要求I所述的一种超高分子量聚乙烯平板膜的制备方法，其特征在于，所述的步骤(3)中挤出系通过T型的狭缝口模，口膜狭缝为f20mm，宽度为l(Tl00cm。
10.如权利要求I所述的一种超高分子量聚乙烯平板膜的制备方法，其特征在于，所述的步骤(3)中固化系通过气刀喷出的压缩空气或直接牵引的方法将溶液吹贴到冷却辊上，使其平整地延展在辊面上形成薄膜，冷却辊的温度为7(noo°c。
11.如权利要求I所述的一种超高分子量聚乙烯平板膜的制备方法，其特征在于，所述的步骤(3 )中的双向拉伸系通过多级辊筒实现，优选2飞级辊筒，多级辊筒的温度为3(Tl00°C，纵向拉伸倍率为2 10倍，横向拉伸倍率为2 8倍。
12.如权利要求I所述的一种超高分子量聚乙烯平板膜的制备方法，其特征在于，所述的步骤(3)中的挤出、固化、双向拉伸过程需要有抽吸风装置将蒸发的溶剂进行回收处理。
13.如权利要求I所述的一种超高分子量聚乙烯平板膜的制备方法，其特征在于，所述的超高分子量聚乙烯成品膜厚度为0. f 1mm，宽度为2(T300cm。
14.如权利要求I所述的一种超高分子量聚乙烯平板膜的制备方法，其特征在于，所述的超高分子量聚乙烯成品膜的孔径在0. 05 17um之间，孔隙率在2(T80%之间。
全文摘要
本发明涉及一种超高分子量聚乙烯平板膜的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤(1)将超高分子量聚乙烯及其添加剂与溶剂形成均匀的混合料；(2)将混合料经加热、搅拌形成溶液；(3)溶液经挤出、固化、双向拉伸等工序制成平板膜。该制备方法能够连续生产，可以根据需要控制所得多孔膜的孔径、孔隙率。所得平板膜的厚度在0.1~1mm之间，宽度在20~300cm之间，孔径在0.05~17um之间，孔隙率在20~80%之间。该膜具有高强度、耐污染、抗腐蚀、耐低温等优异性能，可广泛应用于电池隔离膜、各种分离膜、水处理膜等领域。
文档编号C08J9/26GK102744885SQ20121020019
公开日2012年10月24日 申请日期2012年6月18日 优先权日2012年6月18日
发明者不公告发明人 申请人:上海百菲特环保科技有限公司