Полимерная композиция для получения мипластового сепаратора

Изобретение относится к составу на основе порошкообразного эмульсионного поливинилхлорида, (ПВХЭ), перерабатываемому с высокой производительностью в мипластовый сепаратор (микропористый материал), предназначенный для разделения разноименных электродов кислотных (свинцовых) аккумуляторов. Для повышения объемной пористости и снижения электрического сопротивления эквивалентного слоя при сохранении прочности на разрыв, максимального размера пор получаемых сепараторов, производительности ленточной машины спекания и термостабильности композиция содержит 85-95 мас.% ПВХЭ, предпочтительно с константой Фикентчера К_Ф=62-69 и 5-15 мас.% - суспензионного ПВХ с константой Фикентчера К_Ф=80-110. Композиция имеет термостабильность 342-365 с. При спекании композиции получают сепараторы со следующим комплексом свойств: объемная пористость составляет 40,0-50,3%, электрическое сопротивление эквивалентного слоя 0,25-0,30 см, прочность на разрыв 5,2-6,7 МПа, максимальный размер пор 28,0-31,0 мкм. Производительность ленточной машины спекания составляет 242-250 м²/час сепараторов. 1 табл., 1 з.п. ф-лы.

 

Предлагаемое изобретение относится к составу на основе порошкообразного эмульсионного поливинилхлорида (ПВХЭ), перерабатываемому с высокой производительностью в мипластовый сепаратор (микропористый материал), предназначенный для разделения разноименных электродов кислотных (свинцовых) аккумуляторов.

Высокая пористость и прочность на разрыв мипластового сепаратора (в частности, требование к российским производителям сепараторов по данному показателю - не менее 4,4 МПа), низкое электрическое сопротивление эквивалентного слоя (не более 0,35 см) позволяет значительно улучшить эксплуатационные характеристики аккумуляторных батарей.

Известен ПВХЭ /Патент РФ №2033996, МПК С 08 F 114/06, 1995/ для изготовления открытопористых пластин с К_Ф=62-73 и средним размером глобул 0,03-0,05 мкм. При этом прочность при разрыве сепараторов, полученных при температуре 250°С и времени спекания 1 мин 30 с, составляет 6,5-9,8 МПА, эластичность - 3 мм. Приводя данные о высокой прочности сепараторов, авторы не приводят данных о пористости сепараторов. При воспроизведении данного патента пористость сепаратора составляет примерно 30%, электросопротивление эквивалентного слоя - 0,4 см.

В известном техническом решении /Патент РФ №2050381, МПК С 08 J, С 08 F 114/06, 1995/ для получения мипластовых сепараторов с объемной пористостью 50% использован эмульсионный ПВХЭ с удельной поверхностью 0,60-0,85 м²/г. При этом данные о прочности сепараторов не представлены. Однако в работе с участием авторов вышеуказанного патента (И.В.Морозов, Л.Д.Стрелкова, А.Ю.Мизинов и др. Пластмассы, 1989, №12 с.36) на основе результатов обширного исследования по влиянию дисперсности эмульсионного ПВХ на прочность и пористость сепаратора установлено, что при пористости сепаратора 50% прочность его не превышает 3,0 МПа.

Известен состав для получения пористого материала, например, для сепараторов аккумуляторов /А.С. СССР №539053, МПК С 08 L 27/06,1976/ включающий порошкообразный ПВХЭ и модифицирующую добавку, в качестве которой используют соль или смесь солей металлов переменной валентности, выбранной из группы: хелаты никеля, кобальта, меди, сульфаты никеля, кобальта, меди, с дисперсностью 1-100 мкм в количестве 0,01-0,1 вес. ч. на 100 вес. ч. ПВХЭ. Свойства пористого материала: предел прочности при растяжении составляет 3,8-4,3 МПа, электросопротивление эквивалентного слоя - 0,35-0,38 см, объемная пористость - 41-46%, максимальный размер пор - 27,0-29,0 мкм.

Известна также полимерная композиция для получения микропористого материала методом спекания ее /А.С. СССР №939488, МПК С 08 L 27/06, 1982/, включающая порошкообразный ПВХ и наполнитель, отличающаяся тем, что в качестве наполнителя она содержит синий ультрамарин дисперсностью 0,5-40 мкм в количестве 0,5-3,5 вес. ч. на 100 вес. ч. ПВХ. Термостабильность композиции составляет 195-337 с. Показатели качества сепараторов, изготовленных спеканием композиции: предел прочности при растяжении составляет 4,9-6,5 МПа, объемная пористость - 33,8-37,9%, электросопротивление эквивалентного слоя - 0,38-0,44 см, максимальный диаметр пор - 29,0-31,4 мкм. К недостаткам этого изобретения следует отнести невысокую объемную пористость и высокое электрическое сопротивление эквивалентного слоя.

Кроме того, известна полимерная композиция /Патент РФ №2085563, MПK C 08 L 27/06,1997/ на основе смесей ПВХ, применяемая для получения электроизоляционной оболочки токоведущей шины, напорных труб, упаковочной пленки и тары, включающая ПВХ, в основном суспензионный, металлосодержащий стабилизатор и смазку, содержащая дополнительно ПВХ суспензионный (ПВХС) с константой Фикентчера 80-110 с целью улучшения физико-механических свойств. В указанном патенте нет данных о композициях на основе ПВХ эмульсионного, используемых для получения мипластового сепаратора.

Ближайшим к предложенной полимерной композиции по технической сущности является известный состав на основе ПВХ /Патент Франции №2095866, МПК C 08 F 29/00, 1972/, используемый для получения сепараторов, содержащий на 100 вес. ч. смеси 50-95 вес. ч. ПВХ, полученного суспензионной полимеризацией (ПВХС), 50-5 вес. ч. ПВХ, полученного эмульсионной полимеризацией (ПВХЭ), и 0,1-3 вес. ч. неионного антистатического средства. При этом пористость сепаратора достигает 55-60% при прочности более 4,0 МПа. Применяют мелкодисперсный ПВХС. Степень полимеризации ПВХС и ПВХЭ составляет 700-1400, что соответствует К_Ф=60-74. Получают сепараторы спеканием указанного состава при температуре Т=240°С.

При воспроизведении патента установлено, что прочность сепаратора более 4,0 МПа получают при времени пребывания композиции в зоне спекания более 5 минут, что соответствует производительности ленточной машины спекания ~ 80 м²/час сепараторов, т.е. технологичность композиции, позволяющей получить сепараторы с приемлемой прочностью, недостаточно высока.

Для повышения технологичности композиции для получения мипластового сепаратора, выражающейся в повышении производительности ленточной машины спекания, предложена полимерная композиция, включающая порошкообразный ПВХЭ и ПВХС с константой Фикентчера К_Ф=80-110 при следующем соотношении компонентов, мас %.:

порошкообразный ПВХЭ 85-95

суспензионный ПВХ 5-15.

Предпочтительно полимерная композиция содержит в качестве порошкообразного ПВХЭ ПВХЭ с константой Фикентчера К_Ф=62-69.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение технологичности композиции, выражающееся в повышении производительности ленточной машины спекания в 3 раза, создание полимерной композиции, при спекании которой получают мипластовые сепараторы со следующим комплексом свойств: объемная пористость - 40,0-50,3%, электрическое сопротивление эквивалентного слоя - 0,25-0,30 см, прочность на разрыв - 5,2-6,7 МПа, максимальный размер пор 28,0-31,0 мкм, при этом производительность ленточной машины спекания составляет 242-250 м²/ч.

ПВХС с К_Ф=80-110 получают суспензионной полимеризацией ВХ в реакторе объемом V=17 м³. В реактор с импеллерной мешалкой и теплопередающей рубашкой загружают 8700 кг обессоленной воды, стабилизатор дисперсии (метилгидроксипропилцеллюлозу или поливиниловый спирт), инициатор - дицетилпероксидикарбонат, щелочной агент (гидроокись натрия или гидрокарбонат натрия) - 0,025-0,06 мас.% к воде и 5400 кг винилхлорида. В рубашку реактора подают теплоноситель (вода). Процесс проводят при температуре 32-43°С в течение 6-12 часов. Непрореагировавший винилхлорид удаляют из реактора, полимер фильтруют и сушат. Получают мелкодисперсный полимер К_Ф=80-110 и насыпной плотностью 0,20-0,55 г/см³, определяемой по ГОСТ 11035.1-93.

Технический результат может быть достигнут при использовании любого порошкообразного ПВХЭ, но, с целью получения наилучшего результата, применяют порошкообразный ПВХЭ с константой Фикентчера К_Ф=62-69 [см., например, Поливинилхлорид эмульсионный. Технические условия. ГОСТ 14039-78 М., 1978. - 18 с; Получение и свойства поливинилхлорида /Под ред. Зильбермана Е.Н. - М.: Химия, 1968. с.236].

Сущность предлагаемого изобретения иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1. (по изобретению). Композицию, содержащую 5 мас.% ПВХС с К_Ф=80 и 95 мас.% ПВХЭ с К_Ф=69 получают в двухстадийном смесителе по известной технологии [Ульянов В.М., Рыбкин Э.П., Гуткович А.Д., Пишин Г.А. Поливинилхлорид. - М.: Химия, 1992, с.255]. Верхняя емкость смесителя обогревается, нижняя - охлаждается водой с температурой не выше 28°С. В смеситель загружают 228 кг ПВХЭ с К_Ф=69, 95 мас.%, при максимальной частоте вращения мешалки. На первой стадии ПВХЭ саморазогревается при вращении смесителя до 80-100°С, а затем перегружают при минимальной скорости вращения мешалки в холодный смеситель для охлаждения. ПВХС с К_Ф=80, в количестве 12 кг, 5 мас.%, добавляют к ПВХЭ в холодный смеситель. Охлажденную до 30°С композицию из смесителя при работающей мешалке выгружают в промежуточную емкость и далее через формирующее устройство подают на движущуюся металлическую ленту. Сепараторы толщиной 0,5 мм изготавливают следующим образом. Композицию, содержащую 5 мас.% ПВХС с К_Ф=80 и 95 мас.% ПВХЭ с К_Ф=69, наносят с помощью формирующего устройства тонким слоем требуемого профиля на движущуюся металлическую ленту, спекают в туннельной печи и режут на пластины. В таблице приведены показатели сепараторов: пористость, прочность, электросопротивление эквивалентного слоя, максимальный размер пор, которые определяют по ТУ-6-05-1185-75. Термостабильность композиции определяют по ГОСТ 14041-88. Производительность ленточной машины спекания определяют по фактической производительности.

Результаты испытаний приведены в таблице.

Примеры 2-11

Составы полимерных композиций приведены в таблице. Сепараторы получают по примеру 1. Свойства сепараторов приведены в таблице.

Снижение содержания ПВХС с К_Ф=80-110 в композиции меньше 5 мас.% (пример 12), увеличение содержания ПВХС с К_Ф=80-110 в композиции более 15 мас.% (пример 13), применение в композиции ПВХС с константой Фикентчера меньше 80 (пример 14) приводит к ухудшению свойств получаемых сепараторов.

1. Полимерная композиция для получения мипластового сепаратора, включающая порошкообразный эмульсионный поливинилхлорид и суспензионный поливинилхлорид, отличающаяся тем, что она содержит суспензионный поливинилхлорид с константой Фикентчера К_Ф=80÷110 при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Порошкообразный эмульсионный поливинилхлорид 85÷95

Суспензионный поливинилхлорид 5÷15

2. Полимерная композиция по п.1, отличающаяся тем, что в качестве порошкообразного эмульсионного поливинилхлорида она содержит порошкообразный эмульсионный поливинилхлорид с константой Фикентчера К_Ф=62÷69.