聚合的薄膜制造技术

一种特别适合用作电化学器件中的隔膜的聚合薄膜，它是通过使丙烯酸或其它能够同酸或碱反应直接地或间接地生成盐的乙烯单聚物与无纺织薄膜的纤维发生接枝共聚作用而制备成的，薄膜的外表面由聚烯烃，特别是由聚丙烯提供。聚烯烃产生交联是由于聚合反应的结果。聚合反应最好是通过薄膜把经适合的乙烯单聚物溶液浸渍后的薄膜暴露到紫外辐射中而引发。（*该技术在2012年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种聚合的薄膜和制造聚合薄膜的方法。这种薄膜可以被含水的溶剂润湿，特别适用于需要传导离子的场合，例如在电化学器件中的电极隔膜。对于用在电化学器件中的隔膜(例如用在电化学电池中的隔膜)的要求是应能够允许参与电化学反应的各种离子在电极表面迁移，而在某些气体情况下，则要求能阻挡在器件的电极之间电极材料的迁移的同时，能允许参与电化学反应的离子在电极表面迁移。在某些应用(即在通过离子交换机理发生离子迁移的场合)中的隔膜可以是基本上无孔的。在某些应用中，电极隔膜是多孔的，以便使在渗入到隔膜孔中的液体电解质中的离子能够发生迁移。电极隔膜应能经受得住物理上严重的非正常的作用，包括例如当一个装有隔膜的器件受到振动或落下时所受到的物理冲击。在有些场合还要求隔膜能够透过气体。隔膜材料对器件中所接触到的材料(无论是在电化学反应中存在的还是这种反应的产物)都应具有化学稳定性。为了使器件的化学特性在一段时间内保持基本上恒定，最好是使离子通过器件隔膜的能力基本上保持恒定。对于多孔隔膜来说，隔膜的材料应该是可以被器件电解液润湿的，并且隔膜材料被电解液可润湿性能随时间应基本上保持恒定。似乎某些聚烯烃材料具有某些适合于制造电极隔膜所要求的物理性质。但是一个困难的问题是上述的材料并不都是能被电解液润湿的。因而使上述的电解液不能通过由这样材料制成的电极隔膜的孔隙，致使离子在溶液中不能通过这些孔隙而迁移。利用可以使电解液润湿聚烯烃材料的表面活化剂对聚烯烃材料进行处理有时可以解决这个问题。但是这样的表面活化剂在电解液从器件中取出的场合下(例如在填充和排放循环内)可能离开表面，而在电解液填满后，它又不能立即返回到隔膜材料上有人建议通过改进用于制作聚合薄膜(例如用作电极隔膜的聚合薄膜)的聚烯烃材料表面性质来解决这个问题，采用通过使在共聚化处理后使聚烯烃衬底获得亲水性质(在某些情况下，使聚烯烃衬底上获得离子交换的特性)的单聚物接枝共聚到这些表面上的方法。对于由聚乙烯制成的多孔衬底，这个技术被认为是可行的，并发现这项技术特别有助于这类接枝共聚化反应的进行。但是业已发现，如果采用不同于聚乙烯的聚烯烃材料时，接枝反应的速率显著降低。JP-A82-141862(Yuasa电池有限公司)公开了一种用于蓄电池的隔膜，它包括一个接枝共聚化在纤维的无纺织物上乙烯单聚物，上述纤维由聚丙烯树脂组成，在所述纤维的表面上涂有一层聚乙烯树脂。上述的纤维是通过共挤出工艺形成的。利用这种类型的复合纤维可以制成隔膜，这种隔膜的物理性质在一定程度上达到了由聚丙烯制成的隔膜的水平。但是所公开的隔膜有一个严重的缺点-制造共挤出的聚乙烯-聚丙烯纤维的工艺复杂，因而成本也较高。本专利技术的一个目的是提供一种聚合薄膜，该薄膜包括一个由纤维制成的物片，该物片的纤维的表面由一种交联聚烯烃提供，上述交联聚烯烃上键合有官能团，这些官能团是由纤维表面和乙烯单聚物之间的接枝聚合反应而产生的，该乙烯单聚物能够同酸或碱发生反应直接或间接地生成盐，该薄膜的离子交换能力(IEC meq·g-1)和纤维的交联材料凝胶百分率(G %)满足下列条件IEC≥0.002G+0.05业已发现，具有上述特点的聚合薄膜的各方面性能使之适合用于电极薄膜，它具有待润湿薄膜所需要的离子交换能力，从而能够保持有足够的离子通过含在电极隔膜内部的电解液。又发现该电极隔膜具有一定程度的抗蠕变、刚度、抗浸蚀和抗切削的性能。这些性质保证了该电极隔膜能承受得住在使用之前和使用过程中(例如在组装电化学器件的过程中)所受到的不正当的作用。这种膜的这些物理性质可以提高薄膜阻止材料颗粒迁移的能力，例如阻止枝晶状的颗粒在使用过程中通过隔膜(例如在电化学器件中的使用隔膜)。现已发现，本专利技术的聚合薄膜的离子交换能力和物理性质的组合是由于在一定条件下包括利用紫外线辐照制造工艺方法而带来的，这些辐照条件将在下面详细描述。这些性能的组合同具有显著优点的聚合薄膜有关，而聚合薄膜的所具有的显著优点既同薄膜本身有关，又同制造聚合薄膜的制造方法有关。聚合薄膜的离子交换能力是根据下面引证的例行实验测量的，其物理量单位为meq·g-1，凝胶百分率是根据ASTM D2765-84的规定测量的，凝胶百分率的可取值是至少5%左右，较可取的是至少10%左右，最可取的是至少15%左右。纤维物最好是无纺纤维物。可取的是至少一些纤维的表面材料(例如至少是40%重量左右，可取的是至少60%左右，更可取的是至少80%左右)是由聚丙烯组成的。已经发现，由纤维制作的薄膜带有含有上述特点的聚丙烯的表面，并且这种薄膜可以用一种高速高效的工艺生产。制作无纺纤维物的纤维至少部分材料(如至少是40%左右重量的，可取的是至少60%左右重量的，更可取的是至少80%左右重量的)基本上在整个纤维厚度上是均匀的。可取的是，在多种应用中使这种材料在整个厚度上基本均匀，所以这些纤维只能由聚丙烯或其它适合的材料(在必要的场合需加适合的填加剂)制作。不难设想，本专利技术的聚合薄膜可以利用由两种或两种以上材料(例如用两种或两种以上的聚烯烃或者只用一种聚烯烃，但是使纤维在不同区域具有不同的物理性质)制成的纤维来制成无纺物。例如纤维物的至少某些纤维是由两组聚合物(例如由聚丙烯芯和聚乙烯外层组成的共挤出的双组分纤维，或者是包括并行排列组分的共挤出纤维)制成。可以通过把第一种材料的颗粒热压结到第二种材料制备的芯子上的方法来制作双组分纤维。例如可以把聚乙烯颗粒热压结到聚丙烯的芯子上。纤维织物还可以用合具有不同物理性质的材料的纤维制作，这些不同的物理性质是由于加工或使用添加剂而出现的。例如可以采用在纤维不同的区域含有不同的分子量或不同的分子结构(例如由在构形正规度方面的差别引起的)的聚合物的纤维。双组分纤维可以基本上作为无纺物的全部成分，或者只作为一部成分，例如小于60%重量左右，或者小于40%左右，例如小于30%左右。可以使一少部分双组分纤维(例如带有聚乙烯外层或带有低分子量的外层的双组分纤维)同无纺物纤维一起粘合起来。当复合薄膜是由单一的聚丙烯制成的纤维时，其优点是它的物理性质就是由聚丙烯纤维制成的无纺织物所具有的物理性质，这些物理性能同由聚乙烯纤维制作的物片的物理性能比较起来是优越的，这些物理性能同由微孔聚合物薄膜制成的膜的物理性能有很大的不同，象这样的微孔聚合薄膜例如可以由两种材料组成混合物，然后从混合物中除去一种材料的方法制成。此外，本专利技术的薄膜制作要比由包含两种共挤出材料的纤维制作的无纺物制作的薄膜更方便、成本更低。本专利技术的更显著的优点在于本专利技术的薄膜可以由厚度小于采用共挤出的由两种或两种以上材料制成的纤维的厚度的纤维制成，这是因为这里没有在包含两种或两种以上材料的挤出工艺中所存在的约束。因此，本专利技术的薄膜除了有因为采用聚丙烯纤维而获得的优点外，还有薄膜的结构中的孔隙尺寸小的优点，这个优点又反过来使薄膜具有很强的从溶液中过滤出固体材料的能力，从而阻止了这些材料通过薄膜而迁移。小孔隙尺寸的另一个优点是具有比较高的毛细作用力，可以保证在薄膜使用(例如用作在电化学器件中的一个隔膜使用的薄膜)时电解液保存在孔隙中时承受作用在薄膜上的力，否则这个力会排出电解液。构成无纺织物的纤维可取的是小于约30μm粗，更可取的是本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种特别适合用作电化学器件中的隔膜的聚合薄膜，它是通过使丙烯酸或其它能够同酸或碱反应直接地或间接地生成盐的乙烯单聚物与无纺织薄膜的纤维发生接枝共聚作用而制备成的，薄膜的外表面由聚烯烃，特别是由聚丙烯提供。聚烯烃产生交联是由于聚合反应的结果。聚合反应最好是通过薄膜把经适合的乙烯单聚物溶液浸渍后的薄膜暴露到紫外辐射中而引发。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：RW辛格尔顿，K加根，JA库克，
申请(专利权)人：施赛马特有限公司，
类型：发明
国别省市：GB[英国]