DD267893A7 - Zusammensetzung fuer mikroporoese separatoren und verfahren fuer ihre herstellung - Google Patents

Abstract

Die vorgeschlagene Zusammensetzung fuer mikroporoese Separatoren enthaelt von 5 bis 60 Gew.-% Polyolefin, von 10 bis 60 Gew.-% Weussruss, Weichmachungsmittel von 10 bis 75 Gew.-% und Aethoxysiloxan von 0,2 bis 20 Gew.-%. Das Aethoxysiloxan kann Tetraaethooxysiloxan oder Aethoxypolysiloxan sein. Das Polyolefin kann Niederdruckpolyaethylen, superhochmolekulares Polyaethylen, ein Gemisch aus Niederdruckpolyaethylen und Polypropylen oder ein Gemisch aus Niederdruckpolyaethylen und superhochmolekulares Polyaethylen sein. Gemaess dem Verfahren wird der Fuellstoff mit Aethoxysiloxan bei Zimmertemperatur silanisiert, danach werden das Polyolefin und das Weichmachungsmittel beigefuegt und das Gemisch im Kalten oder unter Erhitzen homogenisiert. Die hergestellten Separatoren weisen eine durchschnittliche Porengroesse unter 0,05 (vorwiegend 0,03 bis 0,045 m) auf.

Description

Öle Erfindung betrifft eine Zusammensetzung für mikroporöse Separatoren für die Akkumulatorenindustrie auf Basis Polyolefine

und eirf Verfahren für ihre Herstellung.

Es ist die BonuUung von Zusammensetzungen aus Polyolefinen, Füllstoffen und Weichmachungsmitteln (Treibmitteln) für die Herstellung mikronoröser Sepp; atoren bekannt, bei denen das Separatorenband aus einor Zusammensetzung, bestehend aus

von 40 bis 100 Vol.-% hochmolekulares Polyäthylen (hergestellt bei einem Niederdruck) mit einem Schmelzindex bei genormter

Belastung 0 + 5 0,0 bis 60 Vol.-% Inerter Füllstoff und 0 bis 40Vol.-% Weichmachungsmittel (Petrolöl, Polyäthylenglykolen, Dioktylphthalat und anderen) Pkt. 1 hergestellt wird. Das Band- (Blatt·) material wird hergestellt, indem die Komponenten nach

den bekannten Verfahren im Kalten oder bei Erhitzen gemischt werden, wonach es durch Extrudieren, Kalandiaren, Spritzen oder andere Verfahren geformt wird. Vom hergestellten Dand (Blatt) wird mit Wasser oder organischem Lösungsmittel das

Weichmachungsmittel oder Treibmittel extrahiert. Es wird gemäß Pkt. 1 ein Separator hergestellt, von welchem die durchschnittliche Porengrößo von 0,084 bis 0,140μ und über

50% unter 0,5μ aufweist.

Nachteil der bekannten Zusammensetzung ist die verhältnismäßig große durchschnittliche Porengrößo und deren breite Verteilung unter Ο,δμ. Aufgabader vorliegenden Erfindung war es nun, eine Zusammensetzung und ein Verfahren mikroporöser Separatoren mit einer

durchschnittlichen Porengröße unter 0,05μ und mit guten physikalisch-mechanischen Kennwerten zu erarbo'ten, indem zu diesem Zweck Polyolefin mit einem Schmelzindex bei genormter Belastung von 0,0 bis 6,0 benutzt wird.

Die Aufgabe wurde gelöst durch Erarbeiten einer Zusammensetzung und ein Verfahren mikroporöser Separatoren auf Basis Polyolefine, Füllstoff und Weichmachungsmittel, die 0,2 bis 20Gew.-% Äthoxysiloxan una 5 bis 60Gew.-% Polyolefin, Weißruß

von 10 bis 60Gew.-% und von 10 bis 75Gew.-% Welchmechungsmittel, im gegebenen Fall Polyäthylenglykol, Petrolöl oder

Dioktylphthalat enthalt. Das Polyolefin kann ein Niederdruckpolyäthylen mit einem Schmelzindex bei einer genormten Belastung bis zu 6,

superhochmolekulares Polyäthylen, Polypropylen oder ein Gemisch aus Polypropylen und Polyäthylen oder

Niederdruckpolyäthylen und superhochmolekulares Polyäthylen In einem Verhältnis von 0 bis 100 Gewichtsteilen Niederdruckpolyäthylen pro 100 u.-nvichtsteilen superhochmolekulares Polyäthylen sein Die Zusammensetzung wird hergestellt, indem der inerte Füllstoff mit Äthoxysiloxan bei gewöhnlicher Temperatur In einem Mischer für pulverartige Materialien in einer Zeitdauer bis zu 60 Minuten bearbeitet wird. Der silanisierte Füllstoff wird in

demselben Mischer oder in einem Mischer mit Erhitzen (130 bis 160"C) mit dem Polyolefin und dem Weichmachungsmittel bis eine homogene pulverartige oder Schmelzmasse hergestellt wird. Die Dauer des Vermischens in einem kalten Mischer ist 5 bis

FO Minuten, und in einem heißen Mischer von 15 bis 30 Minuten. Die pulverartige Zusammensetzung oder das gemahlene Schmelzgemisch wird in einem Doppelschnecken-Extruder durch

einen Flachkopf als ein Band mit einem gewünschten Profil oder mittels Pressen extrudiert. Das Bandmaterial wird mit Wasser oder organischen Lösungsmitteln in Abhängigkeit von der Art des Weichmachungsmittels während 20 Minuten bis 20 Stunden bei einer Temperatur von 20°C bis 6OX extrahiert.

Der Hauptvorteil der vorgeschlagenen Zusammensetzung und Verfahren besteht in der Möglichkeit, Separatorenbänder mit

einer durchschnittlichen Porengröße unter 0,05μ (vorwiegend 0,03 bis 0,045μ) mit einer sehr guten schmalen Verteilung der

Poren (über 80% sind mit einer Größe bis zu 0,1 μ,10 bis 15% weisen 0,1 bis 0,5μ auf, 2 bis 3% sind 0,5 bis 1,0μ und 0 bis 1 % mit

1 bis 10μ) herzustellen. Das Separatorenblatt ist mit verbesserten physikalisch mechanischen Eigenschaften, welche rn

Ausziehen und Richten des Materials unter Benutzung von Polyäthylen mit einem Schmelzindex bis zu 6 erlauben. Anhand der nachstehend angeführten Beispiel J wird die Erfindung näher erläutert.

Belipl.il 1

1. Niederdruck Polyethylen .Bullen' — III. Gruppe mit einem Schmelilndox bei einer genormten Belastung von 2,5.

2. Superhnchmolekulares Polyethylen .Bullen" mit einem Schmelzindex von 0.

3. Füllstoff Weißruß, Marke „Vulkaeell S".

4. Weichmachungsmittel — Petrolöl OK-1. > S.Äthylsilikat.

Ausgangsgemisch: 10% von der ersten Komponente, 6% von der zweiten, 34% vonder dritten, 49% von der vierten und 2% von der 6. Komponente.

Der Weißruß und das Äthylsilikat vorden in einem für pulverartigen Zusammensetzungen bestlmmtan Mischer vermischt, wonach das Polyäthylen und da'. Weichmachungsmittel beigefügt werden. Das hergestellte Gemisch wird einem mit einem Flachkopf versehenen Doppelsohnecken-Extruder zugeführt. Die Extrusion auf einem flachen Band erfolgt bei einem Temperaturunterschied zwischen dor ersten unc der zweiten Zone des Extruders von 4O⁰C und einer Temperatur des Kopfes von 175°C. Das extrudierte Separatorband wird mit Tetrachlormethan während 60 Minuten und bei einer Temperatur von 20°C extrahiert. Das hergestellte Separatorband weist eine Zugfestigkeit von 25 bis 27 kg/cm², eine relative Heißdehnung von 300 bis 350% und eine durchschnittliche Porengröße von 0,05μ auf.

Beispiel 2 Ausgangsgemisch: 15% von der zweiten Komponente, 34% von der dritten, 49% von der vierten und 2 % von der fünften Komponente. Bei der Herstellung des Separator« wird wie im Beispiel 1 verfahren. Der hergestellte Separator weist eine Zugfestigkeit von 50

bis 55 kg/cm², eine relative Reißdehnung von 300 bis 350% und eine durchschnittliche Porengröße von 0,04 μ auf.

Beispiels Ausgangsgemisch gemäß Beispiel 1 bestehend aus 1b% von der ersten Komponente, 34% von der dritten, 49% von der vierten

und 2% von der fünften Komponente.

Die Verfahrensweise ist dieselbe, wie im Beispiel 1. Die Zugfestigkeit des Separators beträgt 27 bis 28kg/cm*, seine relative Reißdehnung ist von 180 bis 200% und die durchschnittliche Porengröße weist 0,045 μ auf. Beispiel 4

Ausgangsgemisch mit einem quantitativen Verhältnis der Komponenten gemäß Beispiel 1 mit diesem Unterschied, daß als Weichmachungsmittel Dioktylphthalat benutzt wird. Die Verfahrenswelse ist wie im Beispiel 1. Die Zugfestigkeit des Separators ist von 24 bis 27kg/cm², die Reißdehnung von 20 bis 40% und mittlere Durchmesser der Poren von 0,43μ.

Beispiel 5

Ausgangsgemisch wie im ueispiel 1, doch mit diesem Unterschied, daß als Polyolefin ein Gemisch aus Polyäthylen und Polypropylen benutzt wird, bzw. 10% Niederdruckpolyäthylen und 5% Polypropylen. Die Zusammensetzung wird wie Im Beispiel 1 hergestellt. Die Zugfestigkeit Ist von 26 bis 28kg/cm², die relative Reißdehnung beträgt 150 bis 180% und der mittlere Durchmesser der Poren Ist 0,05μ.

Beispiel β

Ausgangsgemisch wie im Beispiel 1, bestehend aus 8% von der ersten Komponente, 2% von der zwei'.en, 35% von der dritten, 45% von der vierten und 10% von der fünften Komponente. Die Verfahrensweise ist diecelbe wie im Beispiel 1. Der Separator weist eine Zugfestigkeit von 20 bis 21 kg/cm¹, eine Reißdehnung von 60 bis 80% und einen durchschnittlichen Durchmesser der Poren von 0,035μ auf.

Beispiel 7 Ausgangsgemisch:

1. Niederdruck Polyäthylen ,Bullen" — dritte Gruppe mit einem Schmelzindex bei genormter Belastung von 2,5 bis 28%.

2. Füllstoff Weißruß, Marke „Vulkassil S" — 28%.

3. Weichmachungsmittel Polyäthylenglykol „Polyox · 400" — 39%.

4. Zusätzlich Vernetzungskomponen:a .Äthylsilikat · 40" — 5%.

Der Weißruß und das Äthylsilikat werden in einer Kugelmühle vermischt, wonach das Polyäthylen und das Weichmachungsmittel beigefügt werden. Das hergestellte Gemisch wird in einem Mischer .Benber" während 15 Minuten bei elnerTemperatur von 14O⁰C geschmolzen. Nach Erkalten wird das Material gemahlen mit einer Partikelgröße von 2 bis 2,5mm. Modellseparatoren mit einer Dicke von 0,8mm wurden in einer Matrize bei einer Temperatur von 135 bis 190'C hergestellt, wonach das Separatorblatt in Wasser bei 6O⁰C zweimalig für je 10 Stunden gespült wird.

Der hergestellte mikroporöse Separator weist eine durchschnittliche Porengröße von 0,015μ auf, 84% der Poren sind mit Größen unter 0,1 μ und besitzt keine Poren über 10μ. Zugfestigkeit 20,5kg/cm² und Dehnung 0,8%.

Beispiel 8

Das Ausgangsgemisch ist wie im Beispiel 7, indem die zusätzliche Vernetzungskomponente Tetraäthoxysilan 5% ist. Es wird wie im Beispiel 7 verfahren. Der hergestellte Separator weist eine durchschnittliche Porengröße von 0,016μ cuf, wobei die Poren unter 0,1 μ 83% sind und es sind keine über 10μ vorhanden.

Beispiel 9 Ausgangsgemisch bestehend aus:

1. Niederdruckpolyäthylen — fünfte Grupoe mit einem Schmelzindex bei einer genormten Belastung von 4,8 bis 33 %.

?. Füllstoff Weißruß, Marke „Vulkassll S" — 33%.

3 Welchmachungsmittel — Polyäthylenglykol „Polvox - 400" — 30%.

4 Zusätzliche Vernetzungskomponente .Äthylsilikat · 40" — 4%.

Die Verfahrensweise ist wie im Beispiel 7. Der hergestellte mikroporöse Separator besitzt eine durchschnittliche Porengröße von 0,030μ, wobei 83% von den Poren unter 0,1 μ sind, und ee sind keine Poren über 10μ vorhanden.

In Betracht gezogene Druckschriften:

LDE-Patentschrlit Nr. 1496123

Claims (5)

1. Zusammensetzung für mikroporöse Separatoren auf Rasis Polyolefin von 5 bis 60 Gow.-%, Weiß ruß von 10 bis 60Gew.-%, Weichmachungsinittel von 10 bis 75Gew.-%, dadurch gekennzeichnet, daß sie Äthoxysiloxan von 0,2 bis 20Gew.-% enthält.

2. Zusammensetzung für mikroporöse Separatoren, gemäß Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Äthoxysiloxan Tetraäthoxysilan oder Äthoxypolysiloxan sein kann.

3. Zusammensetzung für mikroporöse Separatoren gemäß Patentansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Polyolefin Niederdruckpolyäthylen, auperhochmolekulares Polyäthylen, ein Gemisch aus Niederdruckpolyäthylen und Polypropylen, ein Gemisch aus Niederdruckpolyäthylen und superhochmolekulares Polyäthylen sein kann.

4. Zusammensetzung gemäß Patentansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Weichmachungsmitlel Öl, Dioktylphthalat, Polyäthylcnglykol, sowie auch deren Gemisch sein kann.

5. Verfahren zur Herstellung der Zusammensetzung gemäß Patentansprüchen von 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Füllstoff mit Äthoxysiloxan bei Zimmertemperatur silanisiert wird, danach werden das Polyolefin und das Weichmachungsmittel beigefügt und das Gemisch im Kalten oder unter Erhitzen homogenisiert.