第34卷第3期化工新型材料Vol 34 No. 32006年3月NEW CHEMICAL MATERIALS61等離子體輻射對聚烯烴電池隔膜紙性能的影響陳均志任便利劉軍海(陜西科技大學(xué)輕化工助劑省重點實驗室,威陽712081)摘要采用等離子體對聚烯烴合成纖維紙改性后,進行丙烯酸接枝,使之適用于電池隔膜。重點討論了等離子體放電功率對聚烯烴紙吸堿率、吸堿高度、抗張強度、丙烯酸的接枝率等因素的影響。并通過接觸角測定、多媒體顯微鏡、紅外對接枝樣品的表面進行了分析。關(guān)鍵詞聚烯烴紙,電池隔膜,等離子體,改性dudy on modification of polyolefine paper used as battery separaterChen junzhi Ren Bianli Liu junhaiShaanxi University of Science and Technology, Xianyang 712081)Abstract The paper described modification of Polyolefine paper with acrylic acid induced by plasma. GraftedPolyolefine paper can be used as battery separator. It was found that the grafting yield, tensile strength, absorbance alkaline ratio, absorbance alkaline height were influced by plasma power. The AAc-grafted polyolefine paper was characKey words polyolefine paper, battery separator, plasma, modification隨著微電子技術(shù)的迅速發(fā)展,極大地促進了移鎳、氫-鎳電池隔膜材料基本上依賴進口。動通訊和計算機行業(yè)更新?lián)Q代步伐的加快。電器元聚烯烴纖維的分子結(jié)構(gòu)中沒有親水性基團,且件被要求體積更小功能更齊全,待機時間更長。為結(jié)晶度很高,纖維截面呈圓形,具有強烈的憎水性,此,蓄電元件中的電池就成為其中要求改進的重要其隔膜成型多采用熱軋或紡粘等無紡布生產(chǎn)工藝元件之一。而電池隔膜被喻為電池的“第三極本文通過PP(聚丙烯纖維)與ES(聚乙烯/聚丙烯)是鎘鎳、氫鎳電池的重要組成部分之一,起著隔離雙組分纖維復(fù)配,采用可以控制勻度、定量、適合于陰陽極不使電池發(fā)生短路,吸收電解液,讓導(dǎo)電離子業(yè)生產(chǎn)的濕法造紙工藝抄造出合成纖維紙,再采能夠順利通過,以及讓氣體透過隔膜等作用。其質(zhì)用等離子體設(shè)備通過氬氣對紙樣進行處理,然后進量的好壞直接影響到電池的充放電性能、高低溫性行丙烯酸接枝極大的提高了紙的親水性能,使之適能荷電的貯存及使用壽命等等24,因此要求電池于用作電池隔膜。隔膜材料必須具有優(yōu)良的耐酸堿性和低電阻性。通常電池隔膜多選擇合成纖維如:聚酰胺纖維、聚乙醇1改性機理纖維、聚丙烯纖維、聚酯纖維、聚烯烴纖維等,其中聚等離子體是一種具有足夠帶電數(shù)量且有相等正烯烴纖維以其良好的耐磨性、彈性,優(yōu)異的耐酸堿、負(fù)電荷數(shù)的氣體,當(dāng)氣體電離產(chǎn)生的帶電粒子密度耐氧化性、耐高溫性及重量輕為首選材料。但聚烯達到一定數(shù)值時,物質(zhì)的狀態(tài)會發(fā)生變化而產(chǎn)生等烴纖維的親水性極差,必須對其進行改性處理,才可離中國煤化工基本原子和分子、滿足電池隔膜的要求。美國、日本已成功將其用于激手機等電池而國內(nèi)在此方面尚處于研究階段,鎘-整體1CNMHG是一種導(dǎo)電氣體,在,m周即付在著電性差異,因而作者簡介:陳均志(1948—),男教授,現(xiàn)擔(dān)任陜西科技大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院書記。主要從事輕化工材料、助劑的開發(fā)和研究發(fā)表論文55篇。62·化工新型材料第34卷在整個體系中存在電場及帶電粒子間的相互作用Gp、W分別為絕對抗張強度(N/m)定量(g/m2)當(dāng)存在外界激勵時,等離子體內(nèi)的帶電粒子得以不3.5接觸角的測定斷加速,在提升其自身能量的同時,通過相互間的碰采用靜態(tài)法測定聚烯烴紙表面的接觸角撞,將能量轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移。當(dāng)這些能量或高能態(tài)粒子3.6多媒體顯微鏡的測試作用到作為基質(zhì)的纖維材料上時,會產(chǎn)生加熱、刻將聚烯烴紙試片置于投影儀下,對其放大400蝕、自由基反應(yīng)等復(fù)雜的物理化學(xué)反應(yīng)把PP的烴倍觀察紙的表面。基轉(zhuǎn)變成羰基羧基、羥基等極性基團,然后與丙3.7紅外光譜測定烯酸接枝,結(jié)果使得纖維表面的無定型區(qū)增加,比表把聚烯烴纖維紙剪成粉末,與溴化鉀壓片,用面積變大,親水性大幅度提高6PE783紅外分光光度計對樣品進行檢測2材料與方法結(jié)果與討論2.1原料及儀器氬氣是非反應(yīng)性氣體,該氣體原子不直接進入PP纖維,聚乙烯/聚丙烯(ES)纖維;丙烯酸化到高聚物材料表面的大分子鏈中,但由于這些非反學(xué)純;等離子體發(fā)生器功率發(fā)射源:SY型300W射應(yīng)性氣體等離子體中高能粒子轟擊材料表面的能量頻功率源,中科院微電子中心;抗張強度測定儀;接傳遞,使材料表面活化而產(chǎn)生大量自由基。放電功觸角測定儀JC200多媒體顯微鏡;PE783紅外分率對聚烯烴紙纖維表面的活化有很大的作用,因此光光度計。本文控制氬氣的壓強40Pa,處理時間3min,丙烯酸2.2實驗方法溶液濃度20%,溫度60℃,接枝反應(yīng)時間為1h,改變2.2.1制樣等離子體放電功率,討論以下性能對紙張的影響。將PP纖維和ES纖維按一定的配比疏解分散41放電功率對聚烯烴紙接枝率和抗張指數(shù)的影響后采用造紙法抄造出緊度為0.250g/cm3的紙。圖1為等離子體放電功率對聚烯烴紙接枝率和2.2.2等離子體處理抗張指數(shù)的影響。將聚烯烴紙置于等離子體發(fā)生器中,開啟真空抽氣閥,待達到一定的真空度后,通入工作氣體,將系列1116255系列2真空度調(diào)到所需的工作氣壓40Pa,打開射頻電源,處理一定時間,關(guān)閉電源,取出樣品。2.2.3丙烯酸接枝把處理后的紙樣放入溫度為60℃,濃度為20%等離子體放電功率W的丙烯酸水溶液中反應(yīng)1h,取出紙樣,清水洗去殘余的丙烯酸,再用沸水煮3h,最后在60℃的烘箱中圖1等離子體放電功率對聚烯烴烘干備用。紙接枝率和抗張指數(shù)的影響3測試方法由圖可看出,2條曲線都有一最大值,即為處理3.1接枝率此緊度聚烯烴紙的最佳功率為20~35W。從對接枝用稱重方法測量。率和抗張指數(shù)的影響可以分析出:等離子體與聚烯接枝率G(%)=(M-M)/M烴紙表面的作用為基團的活化、交聯(lián)、表面刻蝕及相M6,M6分別為接枝前后的質(zhì)量(g)互競爭。在較低的功率下,等離子體中帶電粒子的3.2性能測試自身能量較小,活化作用大于交聯(lián)刻蝕作用。在其吸堿率、吸堿高度按日本電池隔膜標(biāo)準(zhǔn)測試與丙烯酸接枝時,接枝率較高。接枝上去的丙烯酸3.4抗張指數(shù)檢測的中國煤化工生氫鍵,紙的抗張強在擺錘式紙張抗張力試驗機上進行樣品的抗張度CNMHG本放電功率的增大,帶力試驗。電粒于能量增大,父聯(lián)剡作用占據(jù)了主導(dǎo),導(dǎo)致活抗張指數(shù)(N·m/g)X=Gp/W性基團數(shù)量下降,結(jié)果造成接枝率先升后下降的變化第3期陳均志等:等離子體輻射對聚烯烴電池隔膜紙性能的影響趨勢。交聯(lián)刻蝕使紙纖維表面結(jié)晶區(qū)減小而無定型區(qū)增加,故紙的抗張強度稍有降低?？偟膩碚f,等離子體放電功率對聚烯烴紙的抗張強度影響不是很大4.2放電功率對吸堿率和吸堿高度的影響圖2為放電功率對聚烯烴紙吸堿率和吸堿高度的影響。聚烯烴紙的吸堿能力對其作為電池隔膜至關(guān)重要,一般吸堿率和吸堿高度在某種程度上能反映電池隔膜的吸堿能力,對于電池隔膜而言,吸堿高度越大,電解液中的離子越容易通過,并且使陰極和圖3未處理的聚烯烴紙的表面陽極的化學(xué)物質(zhì)反應(yīng)越充分,電池容量越大430◆系列1上系列2等離子體放電功率W圖2等離子體放電功率對聚烯烴紙吸堿高度和吸堿率的影響圖4等離子體處理后聚烯烴紙的表面同時吸堿高度也是吸堿速率的一個反映,而吸堿速率是親水性能好壞的另一個重要指標(biāo)7。由烯烴紙的接觸角也有一最小值,即最大親水性能。圖可看出,聚烯烴紙的吸堿率和吸堿高度都隨放電故用氬等離子體對合成纖維紙進行改性后進行接功率的增大是先升后降。這可能是因為隨著放電功枝,可極大提高紙的親水性能率的增大,紙表面被活化的自由基越來越多,在一定表1等離子體放射功率對聚烯烴紙接觸角的影響的反應(yīng)溫度下,它引發(fā)丙烯酸對聚烯烴紙的接枝率放射功率/W0203045增加,使紙表面產(chǎn)生了一些含氧基團;這些基團與水接觸角/136208155052分子之間能形成氫鍵,使紙對水的接觸角變小,因此,吸堿率和吸堿高度逐漸升高。但隨著放電功率5.3接枝物的紅外表征的進一步增大,吸堿率和吸堿高度反而減小,這可能純聚烯烴纖維接枝后,由聚烯烴纖維的紅外譜是由于等離子體對紙表面的交聯(lián)刻蝕能力大于活性圖(圖5)可發(fā)現(xiàn),接枝物的譜線上有明顯的基的引入,而使接枝率下降所致。1720cm1羰基特征吸收峰,表明丙烯酸單體已接枝到了聚烯烴纖維上。5等離子體引發(fā)接枝丙烯酸的聚烯烴紙的表征6結(jié)論5.1電子顯微鏡觀察紙表面圖3和圖4為丙烯酸接枝前后聚烯烴紙的電子(1)氬等離子體處理接枝丙烯酸對聚烯烴紙的顯微鏡觀察圖,由圖可看出,未處理的聚烯烴紙表面吸水性有很大的改善。的纖維光滑;經(jīng)氬等離子處理接枝后,樣品的表面粗2)改變等離子的放電功率對丙烯酸接枝到聚糙有不同顆粒大小突起物出現(xiàn),說明纖維表面已被烯烴紙上有很大的影響。得出等離子體處理聚烯烴紙氣TV凵中國煤化工電時間3mn、控制氬刻蝕并接枝上丙烯酸親水基團。5.2接觸角及親水性的測定CNMHG,丙烯酸水溶液的濃表1是改變等離子體放電功率對紙的接觸角的度為20%反應(yīng)溫度60℃,反應(yīng)時間為h影響。由表可看出,隨等離子體放電功率的增大,聚(下轉(zhuǎn)第75頁)第3期賴高惠編譯:軍用納米技術(shù)75·率超過20%明顯優(yōu)于現(xiàn)有電池?！泵孜⒘＜{米技術(shù)提供了許多輸送電力到戰(zhàn)場上的其它課題3為:“開發(fā)高效太陽電池用的基于聚合物方式。研究人員正在利用納米材料改善電力變壓基體中有序黃銅礦量子點陣的新光電材料的合成方器、燃料電池和太陽電池。2004年7月,電學(xué)創(chuàng)新法?！边@種電池的太陽能轉(zhuǎn)換效率為現(xiàn)有商業(yè)技術(shù)的協(xié)會和電力研究院對這3項課題頒發(fā)了納米技術(shù)研3倍。究津貼獎,每項獎金額為100000美元摘自:《 Military8. A Aerospace Electronics》課題1為:“原地監(jiān)測電力變壓器中溶解氣體用May,2005納米管/納米多孔金屬氧化物電子鼻傳感器的開發(fā)課題2為:“燃料電池用碳納米管支持的催化納收稿日期:2005-11-07(上接第63頁)[2]吳秀君,許海育改善丙綸親水性的研究[門印染,200026(11):51-53.[3]文國光主編化學(xué)電源工藝學(xué)[M].北京:電子工業(yè)出版社[4]李國欣,主編新型化學(xué)電源導(dǎo)論[M上海:復(fù)旦大學(xué)出版社[5]朱松然主編.蓄電池手冊(第一版)[M]天津:天津大學(xué)出版社,1998,74000350030002500200015001000[6]趙化僑等離子體化學(xué)與工藝[M,合肥:中國科技大學(xué)出版波數(shù)/cm社.1999,8.[7]姚占海聚丙烯纖維與丙烯酸輻射接枝共聚反應(yīng)的研究門高圖5純聚烯烴纖維(a)、接枝后聚烯烴纖維(b)的紅外譜圖分子材料科學(xué)程,1997,(3):16-19[8]柯勤飛.聚丙烯熔噴非織造布的接枝改性工藝及性能研究[J參考文獻中國紡織大學(xué)學(xué)報,1998,(1):9-11.收稿日期:2005-10281]唐健劉杰安峰.新型非織造材料在電池隔膜中的應(yīng)用[]產(chǎn)修稿日期:2005-11-11業(yè)用紡織品,2002,(8):32-35.來稿須知1、本刊要求來稿附有200字左右的中文摘要及相應(yīng)的英文摘要并附3~8個中、英文關(guān)鍵詞(包括作者所在單位的英文名稱)。編寫摘要應(yīng)排除已成為常識的內(nèi)容及背景信息;應(yīng)著重總結(jié)研究的主要發(fā)現(xiàn),反映論文中的新內(nèi)容和需要強調(diào)的觀點。摘要應(yīng)使用第三人稱,不使用“本文”、“本研究”等作為摘要的主語,也不應(yīng)簡單重復(fù)題名中已有的信息2第一作者簡介包括姓別出生年、職務(wù)、職稱、主要研究方向(獲獎情況)。如來稿系獲得基金資助產(chǎn)生,請按國家規(guī)定的正式名稱填寫基金項目名稱及項目編號3、文后參考文獻編排格式(1)期刊:序號]作者題名[J.刊名(可縮寫,不用縮寫點),年,卷(期):起始頁-終止頁(2)專著[序號]作者.書名[M].出版地:出版者出版年,起始頁終止頁(3)會議文獻:[序號]編者.會議文集名稱[C].會議地點,年份.出版年,起始頁終止頁(4)專利:[序號專利申請或所有者.專利題名[P]專利號中國煤化工(5)論文集:序號]論文集責(zé)任者論文集名稱C]出版地CNMHG4、文章限制在3500字左右?！痘ば滦筒牧稀肪庉嫴?/p>