[发明专利]一种超高分子量聚乙烯平板膜的制备方法

说明书

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：

1）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。另外，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（1）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1中超高分子量聚乙烯在溶剂中的含量为2%~30wt%。

其中，所述的步骤（1）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0%~80%；粉状低密度聚乙烯，加入量为0%~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0%~150%；如，活性碳，加入量为0%~150%；碳黑，加入量为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，加入量为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（1）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0~90℃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。