[发明专利]热致相分离法制备超高分子量聚乙烯多孔膜的方法

说明书

技术领域

本发明涉及超高分子量聚乙烯多孔膜的制备方法，特别涉及采用热致相分离法制备高性能的超高分子量聚乙烯(UHMWPE)多孔膜的方法。

背景技术

超高分子量聚乙烯是一种性能极其优良的工程塑料，通常其分子量为500,000～8,000,00之间。由于超高分子量聚乙烯有极高的分子量，从而产生了极其优异的性能。超高分子量聚乙烯不仅有优异的机械性能，包括抗摩擦性、抗冲击性、以及抗溶剂性，并且其耐温性能极佳，其低温可以在-269℃使用。

超高分子量聚乙烯虽然有优异的性能，但由于超高分子量聚乙烯常温下无合适溶剂，无法采用溶致相分离法制备微孔膜。因此，为了得到耐酸碱、耐温性的电池隔膜等，当前采用熔融拉伸法制备超高分子量聚乙烯多孔膜，使其应用领域受到限制。并且传统的熔融拉伸法得的膜有如下缺点，包括孔径不均匀，孔径分布过宽以及孔隙率偏低的缺点。

TIPS法是二十世纪八十年代兴起的一种制膜方法，主要解决在常温下无合适溶剂，不能通过溶致相分离法成膜的聚合物。超高分子量聚乙烯在常温下无任何溶剂可溶，因此可以采用热致相分离法来制备超高分子量聚乙烯多孔膜。

美国申请专利US4828772和US778601，公开了热致相分离法制备超高分子量聚乙烯膜。主要采用成孔剂(包括煤油、汽油、矿物油)作为溶剂，将成孔剂与超高分子量聚乙烯混合，加热成均相溶液，然后降温分相，形成孔结构。但得到的多孔膜普遍孔隙率低，孔结构不好，难以应用于实际。

发明内容

本发明的目的在于提出一种超高分子量聚乙烯多孔膜的制备方法，采用合适的稀释剂如白油、石蜡、石蜡油等，以热致相分离法制备出超高分子量聚乙烯多孔膜。该方法为聚合物与稀释剂混合后，加热升温互溶，涂覆在模板上或通过双管式口模挤出后拉伸，最后冷却成膜。该方法可形成结构优良的超高分子量聚乙烯多孔膜，低成本高性能，并且孔结构的分布窄，膜的机械性能和耐温、耐溶剂性能优良，有传统熔融拉伸法所无法比拟的优点。

本发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纤维膜、超高分子量聚乙烯多孔平板膜。

本发明的热致相分离法制备高性能的超高分子量聚乙烯(UHMWPE)多孔膜的方法按照以下步骤进行：

(1).将超高分子量聚乙烯树脂和稀释剂相混合，其中混合物中超高分子量聚乙烯树脂的含量为5～60wt％，优选5～40wt％；

(2).将步骤(1)得到的混合物放入高温搅拌釜中，升温至180℃～280℃，优选200℃～280℃，搅拌形成均相溶液；

(3).将步骤(2)得到的聚合物均相溶液和形成纤维内部空腔的液体通过双管式口模(或喷头)挤出得到中空纤维膜，或将步骤(2)得到的聚合物均相溶液直接涂覆在模板上得到平板膜；将得到的中空纤维膜或平板膜浸入冷却液中冷却，并同时对中空纤维膜进行一维拉伸，或对平板膜进行双向拉伸；使形成膜的溶液发生相分离，最后凝固成膜；

(4).用醇类、卤代烯烃或卤代烷烃等萃取剂来萃取掉步骤(3)所得膜中的稀释剂，得到超高分子量聚乙烯多孔中空纤维膜或超高分子量聚乙烯多孔平板膜；

(5).对萃取剂进行精馏分离，重复使用。

本发明制备出的高性能的超高分子量聚乙烯多孔膜包括平板膜、中空纤维膜，并且得到的超高分子量聚乙烯多孔膜中的孔结构可为枝条状结构，孔隙率达到50～85％，且孔径分布较窄，孔的直径为0.1～10μm。本发明将均相溶液通过口模或喷头挤制出想要的中空纤维膜，一般口模为双管式，在挤出聚合物溶液的同时，也挤出形成纤维内部空腔的液体，当形成中空纤维膜或平板膜的膜溶液进入冷却液中冷却时，发生热致相分离形成孔结构，同时进行膜的拉伸，通过拉伸进一步扩大孔结构及孔隙率，再经过萃取后就形成中空纤维膜。

本发明的特点是选用新的稀释剂(白油、石蜡、石蜡油等)，采用热致相分离法，通过高温相溶，低温分相来形成孔结构。本发明方法制备的超高分子量聚乙烯多孔膜，其内部孔径范围0.1～10μm，孔隙率范围50～85％，且孔径均匀。

所述的拉伸过程主要用于进一步提高孔隙率和增加膜的强度，并且由于超高分子量聚乙烯的优良机械性能，使得拉伸效果显著。