[发明专利]一种湿法成型微孔过滤分离材料及其制备方法与应用

说明书

技术领域

本发明涉及造纸和过滤分离技术领域，特别涉及一种湿法成型微孔过滤 分离材料及其制备方法与应用。

背景技术

微孔过滤(micoporous filtration简称MF)是指利用筛分作用进行分离 的过程，分离组分的直径范围为0.01～20um，主要除去微米颗粒、亚微米颗 粒和亚亚微米颗粒物质。微滤多用于工业超纯水的处理、反渗透的前处理、 酒类酿造过程去除杂质，血清分离等滤除细菌、血清、大分子物质及细小的 悬浮颗粒。此类材料还可以应用于电池隔膜，主要作用是隔离正、负极并使 电池内的电子不能自由穿过，同时能够让离子(电解质液中)在正负极间自 由通过。

目前实现微孔过滤的主要材料是聚合物和无机薄膜。其制备工艺主要是 膜制备工艺：包括相转化法、辐射固化、溶出法、分相法、拉伸法、烧结法 等等，制备工艺普遍复杂，成本高。利用造纸湿法成型工艺制备的过滤与分 离材料，因为采用的纤维直径一般大于2～3um，材料的孔径一般大于1um， 因此未见过应用于过滤精度＜1um的MF。电池隔膜材料特别是锂电池隔膜的 材料因为需要隔离正、负极，防止正负极微颗粒接触造成短路，因此主要采 用的也是多孔的聚合物薄膜(如PP、PP/PE/PP膜)。这种类型的隔膜存在对 电解质亲和性较差的缺点，影响电解液的吸收和锂离子的顺利通过。因此， 使用这类隔膜时为了提高锂离子电池的能量密度，要求隔膜厚度尽量薄。同 时为提高离子通过率，需要孔尽量多。这样就容易导致内部短路，影响锂离 子电池使用的安全性。

为了解决上述问题，一些无纺布型的微滤及隔膜材料被提出。日本专利 JP2004031084中公开了一种以聚酯、或者Teflon(特富龙)等树脂涂敷在无 纺布基材上制备锂电池隔膜的方法。上述专利以直径大于1μm的细纤维制 备隔膜，不易控制孔径，而通过涂敷树脂降低孔径，减少内部短路，存在工 艺复杂，且不易均匀的缺点。美国专利US2005/0221165中公开了一种采用 PET(聚酯)无纺布做为基材，在无纺布基材表面涂布纳米尺寸的氧化物颗 粒以控制孔径，并加入具有热封作用的PE WAX(聚乙烯蜡)等物质制备隔 膜材料的方法，所制备的隔膜材料具有更好的耐温性能和热封性能。另一美 国专利US2005/0255769中公开了一种用无纺布制备适用于高能锂电池的隔 膜材料的方法。上述两个专利所公开的隔膜材料的缺点是通过涂布方法制备 的隔膜材料无机颗粒填料在多次循环充放电中容易发生脱落。

发明内容

本发明的目在于克服现有技术的缺点，提供一种工艺简单、合理，可有 效控制孔径大小，提高孔径分布均匀性的湿法成型微孔过滤分离材料的制备 方法。

本发明的另一目的在于提供一种由上述方法制备的孔径均匀性良好的 湿法成型微孔过滤分离材料。

本发明的再一目的在于提供上述微孔过滤分离材料作为过滤材料、电池 隔膜材料、电解电容器纸、双电层电容器隔膜的应用。

本发明的目的通过下述技术方案实现：一种湿法成型微孔过滤分离材料 的制备方法，其特征在于包括下述操作步骤：

(1)将可原纤化的纤维经打浆处理制备成充分原纤化的纤维原料；

(2)充分原纤化的纤维原料在水中分散后得到浆料；

(3)将直径为1nm～1um的颗粒在水中分散均匀；

(4)将步骤(3)的颗粒水分散液与步骤(2)的浆料混合，搅拌均匀；

(5)上网成形，烘干。

步骤(1)所述的可原纤化的纤维为聚对苯撑苯并噁唑(PBO)、芳香族 聚酰胺(PPTA)、天丝(Lyocell)或聚丙烯腈(PAN)中的至少一种或多种 混合。

在步骤(5)之后可增加步骤(6)：热压成型。

上述步骤(5)与(6)之间可增加以下步骤：浸渍或涂布粘接树脂。所 述粘接树脂可以是丙烯酸树脂、聚氨酯、环氧树脂、酚醛树脂、聚酯树脂等。

步骤(1)所述充分原纤化的纤维原料的加拿大游离度为750ml～30ml， 更优选200ml～30ml。

步骤(2)中所述的充分原纤化的纤维原料、粘接纤维在水中分散的过 程可加入分散助剂，所述分散助剂为表面活性剂、水溶性高分子化合物、酸、 或无机盐中的一种或一种以上混合物。所述表面活性剂为季铵盐、脂肪酸盐 类等，所述水溶性高分子为聚丙烯酸酯及其共聚物类、聚丙烯酰胺及其衍生 物或聚氧化乙烯类等。