專利名稱：擴散膜的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一種擴散膜由脂族聚烯烴和熱塑性烯烴彈性體的共混物制備。
背景技術(shù)：
膜為在兩個不同相之間起到邊界作用并更大或更低程度地阻止分子在這兩相之間運動的結(jié)構(gòu)。這種運動又稱為擴散。膜可為實心即無孔的，或半滲透性即微孔的。這些微孔結(jié)構(gòu)起到擴散阻擋物，以及在分子尺寸范圍內(nèi)的高效過濾器的作用，它使離子、水和其它非常小分子的溶劑通過，但幾乎不使大分子如蛋白質(zhì)和膠體顆粒滲透過。這些膜被用于工藝操作，如廢液回收、脫鹽、電解、滲透和滲析中，和工業(yè)應(yīng)用中如打火機中的流動調(diào)節(jié)器、氧合器中的膜、電荷儲存裝置(如電池和燃料電池)中的隔板。
一種這樣的膜稱為“Celgard”膜。這種Celgard膜具有獨特的物理性能并由獨特的干燥拉伸工藝制備，其中將半結(jié)晶聚合物擠出、退火，然后拉伸形成微孔薄膜。參見Kesting，R.E.，Syntheticpolymeric Membranes，第二版，John Wiley & Sons，Inc.，NewYork，NY，1985，pp.290-297，和Bierenbaum，H.S.等人，“Microporous Polymeric Films，”Ind.Eng.Chem.，Prod.Res.Develop.，Vol.13，No.1，1974，pp.2-9，這里都作為參考引入。這些膜已成型為中空纖維和平片材。這些薄膜已可用作血液氧合器和打火機的膜，并作為電池隔膜。
盡管這些膜已獲得巨大的商業(yè)成功，但仍然需要不僅增強其在已有應(yīng)用中的性能，而且要擴展其在要求更大機械強度同時保持這些膜的獨特微孔結(jié)構(gòu)的其它領(lǐng)域中的用途。因此需要在不損害這些膜的微孔結(jié)構(gòu)下提高此類微孔膜的機械強度。
這些膜通常由聚烯烴如聚丙烯和聚乙烯制備。薄膜領(lǐng)域中已知可通過加入聚異丁烯橡膠和填料提高無孔聚丙烯薄膜的機械強度，參見US4,911,985；可通過加入彈性體改進無孔包裝膜，參見US5,071,686；和可通過加入彈性體改進無孔高密度聚乙烯薄膜，參見US5,635,262。然而，這些現(xiàn)有技術(shù)無一教導(dǎo)或建議如何改進微孔膜的性能，同時保持膜的孔隙率。歐洲專利公開1,153,967公開了由包括丙烯酸類化合物和選自聚烯烴、熱塑性彈性體和接枝聚合物的樹脂的樹脂組合物構(gòu)成的微孔膜。
因此，本領(lǐng)域需要一種改進微孔膜的機械強度同時保持膜的孔隙率的方法。
發(fā)明概述一種擴散膜為包括脂族聚烯烴和熱塑性烯烴(TPO)彈性體的微孔片材。該共混物包括低于10wt％的彈性體。優(yōu)選的聚烯烴選自聚乙烯、聚丙烯、其共聚物和其共混物。優(yōu)選的TPO彈性體選自乙烯-丙烯橡膠(EPR)、乙烯-丙烯-二烯烴三元聚合物橡膠(EPDM)和其混合物。
本發(fā)明詳細(xì)描述這里公開的膜為微孔膜，參見Kesting，Ibid.，這里作為參考引入。該膜具有厚度低于2mil(50μm)，優(yōu)選低于1mil(25μm)，最優(yōu)選厚度0.35至0.9mil(8至23μm)。該膜將具有縱向(MD)拉伸強度(TS ASTMD638)大于1,500kg/cm2和穿刺強度(PS，測試方法在下面描述)大于400g/mil。該微孔膜具有Gurley(ASTM-D726B)低于35sec/10cc，優(yōu)選低于25sec/10cc。除此之外，這些膜可用作電池隔膜。這些膜可由轉(zhuǎn)相法或干燥拉伸法制備(Kesting，Ibid.，p237-297，和Bierenbaum，Ibid.，都作為參考引入)，但后一方法是優(yōu)選的。
該微孔膜將由脂族聚烯烴和熱塑性烯烴(TPO)彈性體的共混物構(gòu)成。該共混物將由按共混物計低于10wt％、優(yōu)選2至10wt％和最優(yōu)選3至7wt％的彈性體構(gòu)成。
這里使用的脂族聚烯烴涉及衍生自單一烯烴的并具有構(gòu)成碳原子的直鏈-或支化鏈排列特征的熱塑性聚合物的類或組名。重要的聚烯烴包括聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯、聚異戊二烯、聚甲基戊烯和其共聚物。它們優(yōu)選選自聚乙烯、聚丙烯、其共聚物和其共混物。聚乙烯優(yōu)選指具有密度(ASTM D792)0.95至0.96g/cm2的高密度聚乙烯，和熔體流動指數(shù)(MFI，ASTM D1238，190℃/2.16kg)0.38至0.42dg/min。聚丙烯優(yōu)選指具有密度(ASTM D1505)約0.905和MFI(ASTM1238，230℃/2.16kg)1.5的等規(guī)均聚物。
TPO彈性體為基于聚烯烴單體的共聚物或三元聚合物。例如，乙烯-丙烯橡膠(EPR)為一種共聚物，乙烯-丙烯-二烯烴(EPDM)橡膠是指三元聚合物。EPR優(yōu)選具有門尼粘度(ASTM D1646)約51、以及乙烯單體含量(ASTM D3900)約61wt％和窄分子量分布。EPDM優(yōu)選具有門尼粘度45至52，乙烯含量69至70wt％和二烯烴含量0.5至3.4wt％，并且分子量分布可以寬或窄。
本發(fā)明將參考下面的實施例更充分理解。
實施例實施例1、3、5和7為無孔前體(即引入孔隙率的拉伸前)薄膜。實施例2、4、6和8為微孔薄膜。將所有物質(zhì)通過常規(guī)熔體共混工藝摻混。實施例1和2為聚乙烯(HDPE，密度-0.959，MFI-0.42，中等分子量，窄分子量分布)與EPDM橡膠(門尼粘度-45，乙烯％-69，二烯烴％-0.5，窄分子量分布)的共混物。實施例3和4為聚丙烯(等規(guī)均聚物，密度-0.905，MFI-1.5)與EPDM橡膠(與實施例1和2相同)的共混物。實施例5和6為聚丙烯(與實施例3和4相同)與EPR橡膠(門尼粘度-51，乙烯％-61，窄分子量分布)的共混物。實施例7和8為聚乙烯(HDPE，密度-0.961，MFI-0.38)與EPDM橡膠(門尼粘度-52，乙烯％-70，二烯烴％-3.4，寬分子量分布)的共混物。將這些膜按常規(guī)方式通過干拉伸法制備，其中將共混物擠出、退火，然后拉伸形成微孔膜。
測試方法所有測試方法都是常規(guī)的。Gurley(sec/10cc或sec)按照ASTM-D726(B)測量。穿刺強度(PS)按照如下測量。這些測量沿拉伸產(chǎn)品的寬度進行并平均。使用MiTech Stevens LFRA紡織品分析器。針具有直徑1.65mm和半徑0.5mm。下降速度速率為2mm/sec，和偏離量為6mm。將該膜在具有中心孔11.3mm的夾持裝置中夾緊。記錄針刺穿了的薄膜相對薄膜產(chǎn)生的耐受力(克力)而形成的位移(毫米)。穿透能量(穿刺強度)定義為抵抗力與最大點的位移之間的乘積。在縱向的拉伸強度(TS)按照ASTM D638用2英寸x0.5英寸樣品測量。將5個測量值平均，并記錄平均值。
表1
本發(fā)明在不離開其精神和中心特征下可具有其它形式的實施方案，因此，應(yīng)參考所附權(quán)利要求，而不是上面的說明書，作為描述本
權(quán)利要求
1.一種改進膜的方法，包括如下步驟提供一種包括脂族聚烯烴和按共混物計低于10wt％選自乙烯-丙烯橡膠、乙烯-丙烯-二烯烴三元聚合物橡膠和其組合的熱塑性烯烴彈性體的共混物的微孔片材。
2.權(quán)利要求1的方法，其中彈性體占共混物的約2至10wt％。
3.權(quán)利要求2的方法，其中彈性體占共混物的約3至7wt％。
4.權(quán)利要求1的方法，其中微孔片材具有Gurley值低于35sec。
5.權(quán)利要求4的方法，其中微孔片材具有Gurley值低于25sec。
6.權(quán)利要求1的方法，其中聚烯烴選自聚乙烯、聚丙烯、其共聚物和其共混物。
7.權(quán)利要求1的方法，其中熱塑性烯烴彈性體選自乙烯-丙烯橡膠、乙烯-丙烯-二烯烴三元聚合物橡膠和其組合。
8.一種改進膜的方法，包括如下步驟提供一種包括脂族聚烯烴和熱塑性烯烴彈性體的一種共混物的具有Gurley值低于35sec的微孔片材，所述脂族聚烯烴選自聚乙烯、聚丙烯、其共聚物和其共混物，所述熱塑性烯烴彈性體選自乙烯-丙烯橡膠、乙烯-丙烯-二烯烴三元聚合物橡膠和其組合，該彈性體占共混物的約3至7wt％。
9.一種擴散膜，包括；一種包括脂族聚烯烴和熱塑性烯烴彈性體的一種共混物的微孔片材，該共混物包括低于共混物重量10wt％的彈性體，所述脂族聚烯烴選自聚乙烯、聚丙烯、其共聚物和其共混物，熱塑性烯烴彈性體選自乙烯-丙烯橡膠、乙烯-丙烯-二烯烴三元聚合物橡膠和其組合。
10.權(quán)利要求9的膜，其中所述共混物占2至10wt％。
11.權(quán)利要求10的膜，其中所述共混物占3至7wt％。
全文摘要
一種擴散膜為包括脂族聚烯烴和熱塑性烯烴(TPO)彈性體的共混物的微孔片材。該共混物包括低于10wt％的彈性體。優(yōu)選的聚烯烴選自聚乙烯、聚丙烯、其共聚物和其共混物。優(yōu)選的TPO彈性體選自乙烯－丙烯橡膠(EPR)、乙烯－丙烯－二烯烴三元聚合物橡膠(EPDM)和其混合物。
文檔編號C08J9/00GK1424348SQ0215244
公開日2003年6月18日 申請日期2002年11月28日 優(yōu)先權(quán)日2001年12月3日
發(fā)明者K·V·尼蓋恩, D·K·西蒙斯, R·W·考爾, S·E·赫克斯 申請人:思凱德公司