專利名稱：超高分子量聚乙烯凍膠顆粒的制備方法及其應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及超高分子技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種利用超臨界CO2制造超高分子量聚乙烯凍膠顆粒的制備方法。本發(fā)明還涉及利用超高分子量聚乙烯凍膠顆粒制造高強(qiáng)PE纖維或超高分子量聚乙烯薄膜的應(yīng)用。
背景技術(shù)：
超高分子量聚乙烯纖維或濕法PE 二次鋰電隔膜誕生并實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)以來，聚合物的擠出成型技術(shù)一直停留在溶劑和溶質(zhì)簡單混配，組成低濃度溶液在雙螺桿擠出機(jī)中完成溶脹、溶解，然后通過?？跀D出成型。無論是形成的凍膠絲，還是凍膠膜，其品質(zhì)好壞直接影響到纖維力學(xué)性能和二次鋰電隔膜的物理性能。而影響凍膠絲或凍膠膜品質(zhì)的主要因素在于超高分子量聚乙烯由無限長柔性分子鏈組成，欲提高凍膠絲或凍膠膜品質(zhì)，需對其微觀凝聚相態(tài)結(jié)構(gòu)的形態(tài)及尺寸可控。而至今業(yè)界是直接把超高分子量聚乙烯在溶劑中進(jìn)行溶解擠出，受溶劑溶解能力、濃度、溫度、停留時間、降解以及大分子纏結(jié)度影響，使得凍膠體微結(jié)構(gòu)存在不均勻狀況，從而影響最終制品的質(zhì)量，同時也限制了生產(chǎn)制造過程聚合物初始濃度的提聞，從而影響了生廣效率和成本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種利用超臨界CO2流體制造超高分子量聚乙烯凍膠顆粒的制備方法及其應(yīng)用。本發(fā)明采用的技術(shù)方案是
超高分子量聚乙烯凍膠顆粒的制備方法，首先將超高分子量聚乙烯粉末與聚乙烯溶劑以質(zhì)量比為6 30 :100的比例加入到混合釜中，然后將混合后的漿液由高壓泵輸送至溫度為80 300°C的雙螺桿擠出機(jī)內(nèi)，同時將CO2儲罐內(nèi)的CO2經(jīng)壓縮機(jī)壓縮、加熱器加熱至 80-300°C并使之達(dá)到超臨界狀態(tài)后導(dǎo)入至雙螺桿擠出機(jī)內(nèi)，在雙螺桿擠出機(jī)中，超臨界狀態(tài)的CO2快速溶于漿液并形成“聚合物-溶劑_C02”三相混合物，三相混合物經(jīng)過濾器過濾后進(jìn)入封閉室內(nèi)，然后由熔體泵進(jìn)入模口并擠出含有聚乙烯溶劑、CO2和超高分子量聚乙烯細(xì)流，在擠出的同時，保證封閉室內(nèi)溫度為10 15°C，使超高分子量聚乙烯細(xì)流預(yù)冷后形成條帶狀凍膠體，條帶狀凍膠體經(jīng)過切粒機(jī)切粒后即得超高分子量聚乙烯凍膠顆粒，而封閉室內(nèi)的N2、CO2和部分溶劑經(jīng)過冷凝分離器分離、提純、凈化處理后分別收集回用。所述封閉室內(nèi)是通過往其內(nèi)部通入冷的N2或冷的CO2來實現(xiàn)降低溫度和壓力的。所述聚乙烯溶劑為十氫萘、白礦油、碳?xì)溆袡C(jī)溶劑、煤油中的一種。所述CO2儲罐內(nèi)的CO2純度為99%。將上述制得的超高分子量聚乙烯凍膠顆粒通過進(jìn)料口，進(jìn)入溫度為100 260°C 的雙螺桿擠出機(jī)A，經(jīng)過熔體過濾器的溶解、勻化、混煉、精濾得凍膠體，凍膠體經(jīng)計量泵計量以及在10 15°C冷卻水溶內(nèi)由?？?A擠出形成凍膠絲，然后再經(jīng)過清洗、干燥、拉伸形成高強(qiáng)高模聚乙烯纖維。或者將凍膠體經(jīng)過15 30°C冷卻水輥形成凍膠膜，凍膠膜經(jīng)同向雙拉、清洗、干燥、橫拉定型，分切、卷繞，得到二次鋰電池隔膜。本發(fā)明根據(jù)高溫高壓下PE分子鏈“蛇形”受限運(yùn)動特點，利用超臨界狀態(tài)下CO2流體在聚乙烯溶劑中起到助溶劑作用，并PE/C02體系中UHMWPE鏈結(jié)晶形態(tài)與微孔可控，形成高剛性伸直鏈結(jié)晶相，即“聚合物-溶劑_C02”三相混合物，三相混合物在低溫、減壓狀態(tài)下擠出形成結(jié)構(gòu)均勻、良好序態(tài)的凍膠顆粒。該凍膠顆粒再次熔融、溶解、定量擠出、形成凍膠纖維或凍膠薄膜，然后再經(jīng)拉伸、萃取、干燥等工序形成高強(qiáng)高模聚乙烯纖維或PE隔膜，制得的高強(qiáng)高模聚乙烯纖維比強(qiáng)度為33 40cN/dtex，模量為1200 1600cN/dtex。PE隔膜平均厚度彡12 μ m，厚度偏差±1，孔隙為40 55%，針刺強(qiáng)度400 600gf。本發(fā)明的優(yōu)點是對目前超高分子量聚乙烯凝膠技術(shù)加工中制品力學(xué)性能不穩(wěn)， 品質(zhì)不聞、均勻性差，效率低等問題，提出了新的解決方案，有效的提聞了生廣穩(wěn)定性，制品結(jié)構(gòu)勻一性和品質(zhì)，減少了不合格率，降低制造成本。


下面結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。圖I為本發(fā)明制備超高分子量聚乙烯凍膠顆粒流程圖。圖2為本發(fā)明凍膠顆粒轉(zhuǎn)化為高強(qiáng)高模聚乙烯纖維工藝流程。圖3為本發(fā)明凍膠顆粒轉(zhuǎn)化為二次鋰電池隔膜工藝流程。其中I、混合釜A，2、高壓泵，3、雙螺桿擠出機(jī)，4、CO2儲罐，5、壓縮機(jī)，6、加熱器，7、 過濾器，8、熔體泵，9、模口，10、封閉室，11、牽引輥，12，切粒機(jī)，13凍膠收集平衡裝置，14、進(jìn)料口，15、雙螺桿擠出機(jī)A，16、熔體過濾器，17計量泵，18、?？?A，19、冷卻水槽，20、冷卻水輥組，21、冷凝分離器，22、混合釜B。
具體實施例方式實施例I
如圖I和圖2所示，本發(fā)明的超高分子量聚乙烯凍膠顆粒的制備方法及其應(yīng)用，把平均粒度為120 μ m，粘均分子量為500萬，40°C時運(yùn)動粘度為100m/S2的超高分子量聚乙烯粉末與白礦油溶劑按質(zhì)量比為12 88的比例混合加入混合釜Al或混合釜B22中，在混合釜內(nèi)攪拌均勻，混合漿液在溫度40°C時候經(jīng)高壓泵2打入溫度為80 300°C雙螺桿機(jī)擠出機(jī)3 內(nèi)，同時，CO2儲罐4內(nèi)純度為99%的CO2經(jīng)壓縮機(jī)5壓縮，加熱器6加熱至80 300°C并形成超臨界CO2流體后進(jìn)入雙螺桿擠出機(jī)3 (雙螺桿擠出機(jī)3的機(jī)頭壓力為lOMpa)，CO2快速溶于漿液形成聚合物-溶劑-CO2三相混合物，混合物經(jīng)過濾器7和熔體泵8，由?？?9擠到封閉室10中，封閉室10內(nèi)的N2、CO2和部分溶劑經(jīng)過冷凝分離器分離、提純、凈化處理后分別收集回用?；旌衔镌诜忾]室10內(nèi)經(jīng)過N2或CO2或冷水浴減壓降溫，冷卻到10 15°C 后，形成條帶狀凍膠體，條帶狀凍膠體由牽引輥11牽引入切粒機(jī)12中切粒，然后被凍膠收集平衡裝置13收集、儲存平衡。平衡后的超高分子量聚乙烯凍膠顆粒通過進(jìn)料斗14進(jìn)入溫度100 260°C的雙螺桿擠出機(jī)A15(雙螺桿擠出機(jī)A15機(jī)頭壓力60Mpa)，通過熔體過濾器16的溶解、勻化、混煉、精煉得到凍膠體，凍膠體經(jīng)過計量泵17的計量以及在10-15°C冷卻水溶內(nèi)由模口 A18擠出形成凍膠絲，凍膠絲經(jīng)過兩次拉伸、清洗、超倍拉伸，最后進(jìn)行卷繞得到高強(qiáng)高模聚乙烯纖維。在不同擠出孔經(jīng)(長經(jīng)L/D)擠出后，纖維性能見下表I :表I :
權(quán)利要求
1.超高分子量聚乙烯凍膠顆粒的制備方法，其特征在于首先將超高分子量聚乙烯粉末與聚乙烯溶劑以質(zhì)量比為6 30 :100的比例加入到混合釜中，然后將混合后的漿液由高壓泵輸送至溫度為80 300°C的雙螺桿擠出機(jī)內(nèi)，同時將CO2儲罐內(nèi)的CO2經(jīng)壓縮機(jī)壓縮、 加熱器加熱至80-300°C并使之達(dá)到超臨界狀態(tài)后導(dǎo)入至雙螺桿擠出機(jī)內(nèi)，在雙螺桿擠出機(jī)中，超臨界狀態(tài)的CO2快速溶于漿液并形成“聚合物-溶劑-CO2”三相混合物，三相混合物經(jīng)過濾器過濾后進(jìn)入封閉室內(nèi)，然后由熔體泵進(jìn)入?？诓D出含有聚乙烯溶劑、CO2和超高分子量聚乙烯細(xì)流，在擠出的同時，保證封閉室內(nèi)溫度為10 15°C，使超高分子量聚乙烯細(xì)流預(yù)冷后形成條帶狀凍膠體，條帶狀凍膠體經(jīng)過切粒機(jī)切粒后即得超高分子量聚乙烯凍膠顆粒，而封閉室內(nèi)的N2、CO2和部分溶劑經(jīng)過冷凝分離器分離、提純、凈化處理后分別收集回用。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的超高分子量聚乙烯凍膠顆粒的制備方法，其特征在于所述封閉室內(nèi)是通過往其內(nèi)部通入冷的N2或冷的CO2來實現(xiàn)降低溫度和壓力的。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的超高分子量聚乙烯凍膠顆粒的制備方法，其特征在于所述聚乙烯溶劑為十氫萘、白礦油、碳?xì)溆袡C(jī)溶劑、煤油中的一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的超高分子量聚乙烯凍膠顆粒的制備方法，其特征在于所述 CO2儲罐內(nèi)的CO2純度為99%。
5.超高分子量聚乙烯凍膠顆粒的應(yīng)用，其特征在于將權(quán)利要求I中所得的超高分子量聚乙烯凍膠顆粒通過進(jìn)料口，進(jìn)入溫度為100 260°C的雙螺桿擠出機(jī)A，經(jīng)過熔體過濾器的溶解、勻化、混煉、精濾得凍膠體，凍膠體經(jīng)計量泵計量以及在10 15°C冷卻水溶內(nèi)由模口 A擠出形成凍膠絲，然后再經(jīng)過清洗、干燥、拉伸形成高強(qiáng)高模聚乙烯纖維。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的超高分子量聚乙烯凍膠顆粒的應(yīng)用，其特征在于所述凍膠體經(jīng)過15 30°C冷卻水輥形成凍膠膜，凍膠膜經(jīng)同向雙拉、清洗、干燥、橫拉定型，分切、卷繞，得到二次鋰電池隔膜。
全文摘要
本發(fā)明公開了超高分子量聚乙烯凍膠顆粒的制備方法及其應(yīng)用，其特征在于首先將超高分子量聚乙烯粉末與溶劑加入到混合釜中，然后將混合后的漿液由高壓泵輸送至雙螺桿擠出機(jī)內(nèi)，同時將CO2儲罐內(nèi)的CO2經(jīng)壓縮、加熱至80-300℃并使之達(dá)到超臨界狀態(tài)后導(dǎo)入至雙螺桿擠出機(jī)內(nèi)，在雙螺桿擠出機(jī)中，超臨界狀態(tài)的CO2快速溶于漿液并形成三相混合物，三相混合物經(jīng)過濾器過濾后進(jìn)入封閉室內(nèi)，然后由熔體泵進(jìn)入模口并擠出含有超高分子量聚乙烯細(xì)流，在擠出的同時，保證封閉室內(nèi)溫度為10～15℃，使超高分子量聚乙烯細(xì)流預(yù)冷后形成條帶狀凍膠體，條帶狀凍膠體經(jīng)過切粒機(jī)切粒后即得超高分子量聚乙烯凍膠顆粒。優(yōu)點是提高了生產(chǎn)穩(wěn)定性和產(chǎn)品品質(zhì)。
文檔編號B29B9/06GK102581979SQ201210081169
公開日2012年7月18日 申請日期2012年3月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月26日
發(fā)明者張雪霞, 楊福康, 章宏偉, 金祖定 申請人:江蘇鏘尼瑪新材料有限公司