[发明专利]一种改性聚烯烃非织造隔膜的制备方法

说明书

本发明涉及一种改性聚烯烃非织造隔膜的制备方法，属于高分子材料改性技术领域。该制备方法包括以下步骤：将聚烯烃非织造隔膜在甲醇或乙醇中浸泡后，转入过硫酸钾和表面活性剂水溶液中处理；将乙烯基硅烷偶联剂在水中搅拌得到乙烯基二氧化硅纳米颗粒水溶胶，向其中加入亲水性接枝单体和引发剂；将处理后的聚烯烃非织造隔膜转入上述乙烯基二氧化硅纳米颗粒水溶胶中进行接枝改性；反应后取出、洗净、干燥得到改性聚烯烃非织造隔膜。本发明制备的改性聚烯烃非织造隔膜具有亲水性好、吸液速率高、吸碱量大、热稳定性高等优点。

技术领域

本发明涉及一种高分子材料改性技术领域，特别涉及一种镍氢电池用改性聚烯烃非织造隔膜的制备方法。

背景技术

镍氢电池(MH-Ni电池)有很多优点，比如比能量大，比功率高，可高倍率放电，循环寿命长，无记忆效应，无污染，免维护，安全可靠，无环境污染等，因而受到广泛关注，成为世界各国二次电池发展的热点之一。电池隔膜是构成电池的基本材料之一，是电池中除正负电极和电解液之外的另一重要的组成部分，被称为是电池的“第三电极”。镍氢电池使用的电池隔膜必须具备以下性能：良好的电解液湿润性和保持能力、良好的化学稳定性、隔离性能好、较好的离子传输能力和较低的表面电阻、均匀的微孔、良好的透气性和选择渗透性、组织成份均匀、价格低廉等。镍氢电池隔膜多选择聚酰胺纤维隔膜、聚酯纤维隔膜、聚氯乙烯软质塑料隔膜、半透性膜和新型聚烯烃非织造隔膜，其中研究应用较多的是聚烯烃非织造隔膜。

聚烯烃纤维分子结构相当稳定，以其生产出的聚烯烃非织造布具有高度的化学稳定性(如耐碱、耐氧化)，在强碱中几乎无重量损失，且能在较高温度(>100℃)下使用，还具有较好的机械强度及韧性、比重小、比电阻小、透气性好，价格低廉等一系列优点，是较为理想的电池隔膜基材。但由于聚烯烃大分子结构中没有亲水性基团，且结晶度高，同时纤维截面呈圆形，结构致密，缺少微孔和缝隙，所以聚烯烃的亲水性极差。因此制造出的聚烯烃非织造布电池隔膜吸碱量低，吸碱速率慢，造成对电解液的浸润和保持能力差，成为制约其在镍氢电池中应用的根本原因。

针对聚烯烃纤维的诸多缺点，大多采用接枝改性的方法提高其亲水性能，进而可以提高聚烯烃非织造隔膜的吸碱速率和吸碱量，提升其隔膜对电解液的浸润和保持能力。用于接枝改性的单体是一些一端带有可与其他聚合物或无机填料、纤维表面形成作用力较强的化学键或氢键的极性基团，另一端带有可接枝在聚烯烃上的乙烯基或不饱和键的低分子有机化合物，主要有马来酸酐、丙烯酸及其酯、甲基丙烯酸及其酯、苯乙烯、甲基丙烯酸缩水甘油酯等。

中国发明专利201010589184.1公开了一种新型镍氢电池隔膜，包括隔膜基布和磺酸基，磺酸基通过磺化处理均匀地接枝在隔膜基布的表面，丙烯酸类单体通过化学接枝反应均匀地接枝在隔膜基布的表面，隔膜基布由聚烯烃皮芯型纤维制成或者由聚丙烯纤维制成或者由聚烯烃皮芯型纤维与聚丙烯纤维搭配制成，经过湿法造纸或干法梳理工艺成型，水刺加固而制成。该发明公开的新型镍氢电池隔膜，化学稳定性好、抗氧化能力强、强度大的特点。但该发明采用气态三氧化硫对聚烯烃隔膜进行磺化处理，对磺化设备的要求较高，且会产生大量酸性废水，处理费用大且成本较高。

中国发明专利201610954848.7公开了一种覆二氧化硅层的改性聚烯烃类隔膜及其制备方法。将氨水、水、乙醇和吐温80混合均匀后，再向其中加入正硅酸乙酯，搅拌均匀，加入聚烯烃类隔膜，浸泡一段时间后，取出洗净、烘干，即制得产品。但采用该法制备的二氧化硅涂覆聚烯烃隔膜上的二氧化硅涂层容易脱落，性能不稳定，使用寿命较短。

现有聚烯烃非织造隔膜的改性技术主要集中在对其进行亲水改性方面，以提高其与镍氢电池电解液的亲和性和吸液能力，但工艺复杂，对隔膜的损伤较大。另外，少量研究采用无机纳米颗粒对聚烯烃非织造隔膜进行改性提高其热稳定性，但无机纳米颗粒与隔膜连接不牢固，易发生脱落，一方面造成改性隔膜性能不稳定，另一方面会影响镍氢电池的性能和安全。

发明内容