聚乙烯醇水溶纖維的水溶狀態(tài)及其對堿錳電池隔膜性能的影響

范玉敏 李紅祝 李榮年 湯人望 王 虹

(浙江省普瑞科技有限公司，浙江省特種纖維紙基功能材料技術(shù)研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，杭州，311215)

聚乙烯醇水溶性纖維(以下簡稱 PVAF)具有理想的水溶性、黏接強(qiáng)度和良好的耐堿性，溶于水后無毒、無味，水溶液呈無色透明狀，對環(huán)境不產(chǎn)生有害影響［1-3］。隔膜干燥時(shí)PVAF能在纖維之間形成有效的黏接［4-5］，是生產(chǎn)堿錳電池隔膜較理想的纖維狀黏接劑。

在堿錳電池隔膜生產(chǎn)過程中，發(fā)現(xiàn)在相同的工藝條件下，采用不同批次的PVAF生產(chǎn)的隔膜會出現(xiàn)強(qiáng)度和吸堿率波動(dòng)的情況。為了解不同批次的PVAF在同一水溫下的纖維形態(tài)是否存在差異，以便為堿錳電池隔膜的生產(chǎn)工藝控制提供參考，本試驗(yàn)對兩種不同批次的原料在同一溫度下的水溶狀況進(jìn)行了對比，同時(shí)探討了其對隔膜性能的影響。

1 試驗(yàn)部分

1.1 原料

PVAF ，1.1 dtex×3 mm，標(biāo)稱水溶溫度70 ℃。批號 130108，記為 PVAF-1;批號 130210，記為PVAF-2。

1.2 儀器與設(shè)備

BK5000光學(xué)顯微鏡，重慶奧特光學(xué)儀器有限公司;DCP-KZ300A(R)電腦測控抗張?jiān)囼?yàn)機(jī)，四川長江造紙儀器有限責(zé)任公司;J-XSL200紙張吸水率測定儀，四川長江造紙儀器有限責(zé)任公司。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 水溶溫度的測試

纖維水溶溫度的測試參照生產(chǎn)商提供的出廠檢驗(yàn)方法進(jìn)行：稱取3 g絕干的PVAF樣品，放入500 mL燒杯中，加入300 mL蒸餾水，在水浴鍋中加熱，用水銀溫度計(jì)監(jiān)測溫度，升溫速度控制為1℃/min;觀察纖維在水中的溶解狀況，讀取水溶液透明時(shí)的溫度即為水溶溫度。做兩次平行試驗(yàn)，取算術(shù)平均值。

1.3.2 纖維形態(tài)對比試驗(yàn)

用光學(xué)顯微鏡觀察不同水溫下PVAF的形態(tài)，比較相同水溫下兩個(gè)批號PVAF的形態(tài)，并測量纖維直徑。

1.3.3 抄制堿錳電池隔膜

應(yīng)用不同批次的PVAF抄制堿錳電池隔膜。

1.4 性能測試

(1)隔膜的面密度按GB/T451.2—2002《紙和紙板定量的測定》方法進(jìn)行。

(2)隔膜的厚度按GB/T451.3—2002《紙和紙板厚度的測定》方法進(jìn)行。

(3)隔膜的抗張強(qiáng)度按GB/T12914—2008《紙和紙板抗張強(qiáng)度的測定》方法進(jìn)行。

(4)隔膜的伸縮率按GB/T459—2002《紙和紙板伸縮性的測定》方法進(jìn)行。

(5)隔膜的吸堿率按GB/T461.3—2005《紙和紙板吸水性的測定(浸水法)》方法進(jìn)行。

(6)隔膜的吸堿速度按 GB/T461.1—2002《紙和紙板毛細(xì)吸液高度的測定(克列姆法)》方法進(jìn)行。

2 結(jié)果與討論

2.1 PVAF水溶溫度測試結(jié)果

測得PVAF-1水溶溫度為70℃，PVAF-2水溶溫度為75℃，均在標(biāo)準(zhǔn)范圍70～80℃內(nèi)。在測試過程中，PVAF懸浮液隨著溫度的提高，顏色逐漸變淺。溫度升至60℃時(shí)懸浮液明顯變淺，65℃變?yōu)橛型该鞲械娜榘咨Ｔ诩s70℃時(shí)懸浮液的顏色進(jìn)一步變淺，PVAF-1試樣肉眼已經(jīng)觀察不到細(xì)小纖維，液體呈透明狀;PVAF-2試樣肉眼還能看見部分細(xì)小纖維，在之后5℃內(nèi)試樣肉眼觀察呈透明狀。

2.2 同一溫度下纖維形態(tài)的對比結(jié)果

圖1是顯微鏡觀察到的55～85℃水中PVAF的纖維形態(tài)照片，表1給出了隨著水溫的升高，兩個(gè)批次PVAF的直徑變化。

圖1和表1顯示了隨著水溫的升高，纖維吸水潤脹后尺寸、形態(tài)的變化情況。在低于55℃時(shí)，兩批次纖維的形態(tài)沒有太大的區(qū)別，直徑的變化也不大;當(dāng)溫度達(dá)到65℃時(shí)，可明顯地看出纖維直徑增大，顏色變淺;當(dāng)溫度升至75℃時(shí)，纖維接近透明狀，且直徑增大到25℃時(shí)的2～3倍;在80℃時(shí)直徑可以增大到25℃時(shí)的3～4倍，之后5℃內(nèi)迅速溶解。通過顯微鏡照片可以看出：PVAF的溶程比較長，但是纖維在最后的5℃內(nèi)都能迅速溶解;在65～75℃之間，PVAF-1和PVAF-2區(qū)別明顯，PVAF-1開始潤脹程度高，直徑明顯大于PVAF-2;85℃時(shí)，PVAF-2仍有部分未完全溶解的膠狀物，而PVAF-1基本全部溶解。由此可見，不同批次的PVAF的水溶溫度雖然均在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，但是纖維水溶過程中形態(tài)、尺寸有一定的差異。

2.3 不同批次PVAF對隔膜性能影響

表2是應(yīng)用兩種不同批次的PVAF抄制堿錳電池隔膜的性能參數(shù)。水溶溫度高的PVAF-2抄制的隔膜比水溶溫度低的PVAF-1抄制的隔膜縱向抗張強(qiáng)度低35%，吸堿率高5%，吸堿速度高8% 。主要原因是PVAF水溶溫度高，干燥前發(fā)生潤脹溶解的PVAF較少，導(dǎo)致干燥時(shí)發(fā)揮黏結(jié)作用的PVAF減少，使隔膜強(qiáng)度降低，結(jié)構(gòu)變得疏松，吸堿性能相對較高。

圖1 PVAF在不同溫度水中的形態(tài)

表1 不同水溫下的PVAF直徑 (單位：μm)

表2 不同批次PVAF對隔膜性能的影響

3 結(jié)論

(1)不同批次的PVAF的水溶溫度和水溶狀態(tài)存在一定的差異性，會導(dǎo)致用其抄制的堿錳電池隔膜的強(qiáng)度、吸堿率出現(xiàn)一定的波動(dòng)。用水溶溫度高的PVAF-2抄制的堿錳電池隔膜的抗張強(qiáng)度低，吸堿率高，吸堿速度高。

(2)建議生產(chǎn)隔膜時(shí)采用測試PVAF水溶溫度和顯微鏡觀察水溶狀態(tài)相結(jié)合的方法，根據(jù)纖維對溫度的敏感性適當(dāng)調(diào)整干燥工藝。

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［5］王宜，張文娜，梁云，等.水溶性PVA纖維的黏結(jié)狀態(tài)及其對隔膜紙性能的影響［J］.造紙科學(xué)與技術(shù)，2009，28(5)：42-45.