具有纤维网结构的微孔材料及其制备和使用方法技术

本发明专利技术提供了包含可熔融加工的半结晶性热塑性（共）聚合物的微孔材料，其中当加热至高于所述半结晶性热塑性（共）聚合物的熔融温度时，所述热塑性（共）聚合物可在相容的液体中混溶，且其中所述微孔材料由基本上沿第一纵向排列的多个长丝和在所述长丝之间侧向延伸的网组成，所述网包含互连的孔的网络，所述孔具有小于1微米的中值直径。本发明专利技术还描述了制备和使用这种微孔材料（例如作为膜、隔膜、电池隔膜、电容器隔膜、流体过滤制品、分离制品等）的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请的交叉引用本专利申请要求2011年6月16日提交的美国临时申请序列号N0.61/497，733的优先权，该专利申请的公开内容以全文引用方式并入本申请。
本公开涉及微孔材料以及制备和使用此类材料的方法。本公开还涉及由微孔材料制得的制品(例如片材、管、中空纤维、膜、隔膜等)以及制备和使用这种制品的方法。
技术介绍
多孔材料为具有使流体能够易于通过的多孔结构的材料。微孔材料通常具有如下的孔:所述孔的有效直径通常为通过孔的分子的平均自由程的至少数倍，即从数微米低至约100埃(0.01微米)。由这种微孔材料制得的隔膜通常为不透明的，即使是当隔膜由初始透明的材料制得时，因为隔膜表面和内部孔结构散射可见光。微孔隔膜在广泛的不同应用中具有用途，包括用于流体过滤以去除固体颗粒，用于超滤以从流体中去除胶体物质，用作电化学电池中的扩散隔膜或隔板，以及用于制备合成皮革和织物层合物。微孔隔膜也已用于过滤抗生素、啤酒、油、细菌液体培养基，并用于分析空气、微生物样品、静脉注射流体和疫苗。外科敷料、绷带和其他流体透过或吸收医疗制品同样引入了微孔隔膜和微孔膜。微孔隔膜也广泛用作电池隔膜(例如在锂离子电池中)。
技术实现思路
简言之，本公开描述了一种微孔材料的示例性实施例，所述微孔材料包含可熔融加工的半结晶性热塑性(共)聚`合物，并具有由纤维状股线和在所述纤维状股线之间延伸的微孔网所组成的独特形态。在一些示例性方法中，这些微孔材料可以相对较高的速率和相对较低的成本制得。在某些示例性实施例中，所述微孔材料用于制备具有源自引入所述微孔材料的有利特征的微孔膜、隔膜和制品。因此，在一方面，本公开描述了一种制备微孔材料的方法，其包括:(a)熔融共混以形成基本上均匀的熔融共混的混合物，所述熔融共混的混合物包含约20至约70重量份的可熔融加工的半结晶性热塑性(共)聚合物组分，和约30至约80重量份的包含如下化合物的第二组分，所述化合物在高于所述热塑性半结晶性(共)聚合物的熔融温度的温度下可与所述热塑性(共)聚合物组分混溶，但是当冷却至低于所述热塑性半结晶性(共)聚合物的结晶温度时与所述热塑性(共)聚合物组分发生相分离；(b)形成所述熔融共混的混合物的片材；(C)将所述片材冷却至一温度，在该温度下，通过所述热塑性(共)聚合物组分的结晶沉淀，发生所述第二组分与所述热塑性(共)聚合物组分之间的相分离；(d)去除所述第二组分的至少大部分，以提供多孔片材；以及(e)以1:1和3:1之间的拉伸比在一方向上拉伸所述多孔片材，并以超过4:1的拉伸比在基本正交的方向上拉伸所述片材，由此形成包含互连的孔的网络的微孔材料，所述孔具有小于I微米的中值直径。任选地，所述微孔材料表现出至少300g/25微米的耐刺穿性。在一些示例性实施例中，在步骤(e)之后，所述多孔片材表现出超过4:1的主表面积膨胀比。在某些示例性实施例中，在所述多孔片材以1:1和3:1之间的拉伸比在所述方向上拉伸之前，所述多孔片材在所述基本正交的方向上拉伸。在其他示例性实施例中，在所述多孔片材以1:1和3:1之间的拉伸比在所述方向上拉伸之后，所述多孔片材在所述基本正交的方向上拉伸。在可选择的示例性实施例中，所述多孔片材基本上同时在每个方向上拉伸。在另外的示例性实施例中，所述多孔片材以不超过12:1的拉伸比在所述基本正交的方向上拉伸。在前述任一实施例的另外的示例性实施例中，所述热塑性(共)聚合物组分包含选自如下的半结晶性热塑性(共)聚合物:聚丙烯、高密度聚乙烯、聚(乙烯-氯三氟乙烯)和它们的相容的共混物。 在某些示例性实施例中，所述第二组分选自矿物油、溶剂油、石蜡、液体石蜡、石油凝胶、邻苯二甲酸二辛酯、十二醇、十六醇、十八醇、硬脂醇、癸二酸二丁酯和它们的混合物，这些组分在高于所述热塑性半结晶性(共)聚合物的熔融温度的温度下可与所述热塑性(共)聚合物混溶。在另外的示例性实施例中，所述第二组分还包含选自如下的一种或多种辅剂:抗静电材料、表面活性剂、成核剂、染料、增塑剂、紫外线吸收剂、热稳定剂、阻燃剂、成核剂、抗氧化剂、颗粒填料和抗氧化剂。在前述任一实施例的进一步的示例性实施例中，在所述半结晶性热塑性(共)聚合物的a结晶温度与熔融温度之间的温度下拉伸所述片材。在另一方面，根据前述方面和实施例中任一者制得微孔材料。在另一方面，制得一种包含可熔融加工的半结晶性热塑性(共)聚合物的微孔材料，其中当加热至高于所述半结晶性热塑性(共)聚合物的熔融温度时，所述热塑性(共)聚合物可在相容的液体中混溶，并且其中所述微孔材料由基本上沿第一纵向排列的多个长丝和在所述长丝之间侧向延伸的网组成，所述网包含互连的孔的网络，所述孔具有小于I微米的中值直径。在一些示例性实施例中，所述可熔融加工的半结晶性热塑性(共)聚合物选自聚丙烯、高密度聚乙烯、聚(乙烯-氯三氟乙烯)和它们的相容的共混物。在某些示例性实施例中，所述相容的液体选自矿物油、溶剂油、石蜡、液体石蜡、石油凝胶、邻苯二甲酸二辛酯、十二醇、十六醇、十八醇、硬脂醇、癸二酸二丁酯和它们的混合物，这些相容的液体在高于所述热塑性半结晶性(共)聚合物的熔融温度的温度下可与所述热塑性(共)聚合物混溶。在另外的不例性实施例中，所述微孔材料还包含选自如下的一种或多种辅剂:抗静电材料、表面活性剂、成核剂、染料、增塑剂、紫外线吸收剂、热稳定剂、阻燃剂、成核剂、抗氧化剂、颗粒填料和抗氧化剂。在又一方面，本公开描述了一种微孔膜，所述微孔膜包含前述微孔材料中的任意者。在另一方面，本公开描述了一种多层微孔隔膜，其包括包含第一多孔膜的第一层，设置于所述第一层的主侧面上的第二层、以及设置于所述第二层的与所述第一层相背的主侧面上的任选的第三层，其中所述第二层包括前述微孔膜中的任意者，所述第三层包括第二多孔膜。在一些示例性实施例中，所述第一多孔膜和第二多孔膜由不同材料组成。在另一方面，本公开描述了一种包括前述微孔膜中的任意者的制品，其中所述制品选自电池隔膜、电容器隔膜、流体过滤制品或隔离制品。在一些示例性实施例中，所述微孔膜下表现出至少300g/25微米的耐刺穿性。已汇总了本专利技术的示例性实施例的各个方面和优点。以上
技术实现思路
并非意图描述本专利技术的每个图示实施例或每种实施方式。随后的附图和【具体实施方式】更具体地举例说明使用本专利技术所公开的原理的某些合适的实施例。【附图说明】图1A为显示了根据实例I的示例性实施例制得的具有纤维网结构的一个示例性微孔隔膜的一部分的显微图。图1B为对于引入根据实例I的示例性实施例制得的具有纤维网结构的示例性微孔隔膜作为电池隔膜的一个示例性锂离子电池而言，充电容量随循环时间而变化的图。图2为显示了根据实例2的示例性实施例制得的具有纤维网结构的一个示例性微孔隔膜的一部分的显微图。图3为显示了根据实例3的示例性实施例制得的具有纤维网结构的一个示例性微孔隔膜的一部分的显微图。图4为显示了根据实例4的示例性实施例制得的具有纤维网结构的一个示例性微孔隔膜的一部分的显微图。图5A为显示了根据实例5的示例性实施例制得的具有纤维网结构的一个示例性微孔隔膜的一部分的显微图。图5B为显示了根据实例5的示例性实施例制得的具有纤维网结构的一个示例性微孔隔膜的一部分的另一显微图。图6A为显示了根据实本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制备微孔材料的方法，包括：(a)熔融共混以形成基本上均匀的熔融共混的混合物，所述混合物包含：(i)约20至约70重量份的可熔融加工的半结晶性热塑性（共）聚合物组分，和(ii)约30至约80重量份的包含如下化合物的第二组分，所述化合物能够在高于所述热塑性半结晶性（共）聚合物的熔融温度的温度下与所述热塑性（共）聚合物组分混溶，但是当冷却至低于所述热塑性半结晶性（共）聚合物的结晶温度时与所述热塑性（共）聚合物组分发生相分离；(b)形成所述熔融共混的混合物的片材；(c)将所述片材冷却至一温度，在该温度下，通过所述热塑性（共）聚合物组分的结晶沉淀，发生所述第二组分与所述热塑性（共）聚合物组分之间的相分离；(d)去除所述第二组分的至少大部分，以提供多孔片材；以及(e)以1:1和3:1之间的拉伸比在一方向上拉伸所述多孔片材，并以超过4:1的拉伸比在基本正交的方向上拉伸所述片材，由此形成包含互连的孔的网络的微孔材料，所述孔具有小于1微米的中值直径，任选地，其中所述微孔材料表现出至少300g/25微米的耐刺穿性。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.06.16 US 61/497,7331.一种制备微孔材料的方法，包括: (a)熔融共混以形成基本上均匀的熔融共混的混合物，所述混合物包含: (i)约20至约70重量份的可熔融加工的半结晶性热塑性(共)聚合物组分，和 (ii)约30至约80重量份的包含如下化合物的第二组分，所述化合物能够在高于所述热塑性半结晶性(共)聚合物的熔融温度的温度下与所述热塑性(共)聚合物组分混溶，但是当冷却至低于所述热塑性半结晶性(共)聚合物的结晶温度时与所述热塑性(共)聚合物组分发生相分离； (b)形成所述熔融共混的混合物的片材； (C)将所述片材冷却至一温度，在该温度下，通过所述热塑性(共)聚合物组分的结晶沉淀，发生所述第二组分与所述热塑性(共)聚合物组分之间的相分离； (d)去除所述第二组分的至少大部分，以提供多孔片材；以及 (e)以1:1和3:1之间的拉伸比在一方向上拉伸所述多孔片材，并以超过4:1的拉伸比在基本正交的方向上拉伸所述片材，由此形成包含互连的孔的网络的微孔材料，所述孔具有小于I微米的中值直径， 任选地，其中所述微孔材料表现出至少300g/25微米的耐刺穿性。2.根据权利要求1所述的方法，其中在步骤(e)之后，所述多孔片材表现出超过4:1的主表面积膨胀比。3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中在所述多孔片材以1:1和3:1之间的拉伸比在所述方向上拉伸之前，在所述基本正交的方向上拉伸所述多孔片材。4.根据权利要求1或2所述的方法，其中在所述多孔片材以1:1和3:1之间的拉伸比在所述方向上拉伸之后，在所述基本正交的方向上拉伸所述多孔片材。5.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述多孔片材基本上同时在每个方向上拉伸。6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述多孔片材以不超过12:1的拉伸比在所述基本正交的方向上拉伸。7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述热塑性(共)聚合物组分包含选自如下的半结晶性热塑性(共)聚合物:聚丙烯、高密度聚乙烯、聚(乙烯-氯三氟乙烯)和它们的相容的共混物。8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述第二组分选自矿物油、溶剂油、石蜡、液体石蜡、石油凝胶、邻苯二甲酸二辛酯、十二醇、十六醇、十八醇、硬脂醇、癸二酸二丁酯和它们的混合物，所述第二组分能...

【专利技术属性】
技术研发人员：詹姆士·S·姆罗津斯基，H·托德·弗里迈尔，林官颖，
申请(专利权)人：三M创新有限公司，
类型：
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