聚乙烯醇水溶纤维的水溶状态及其对碱锰电池隔膜性能的影响

2014-01-15范玉敏李红祝李荣年汤人望

产业用纺织品 2014年1期

范玉敏李红祝李荣年汤人望王虹

(浙江省普瑞科技有限公司，浙江省特种纤维纸基功能材料技术研究重点实验室，杭州，311215)

聚乙烯醇水溶性纤维(以下简称 PVAF)具有理想的水溶性、黏接强度和良好的耐碱性，溶于水后无毒、无味，水溶液呈无色透明状，对环境不产生有害影响［1-3］。隔膜干燥时PVAF能在纤维之间形成有效的黏接［4-5］，是生产碱锰电池隔膜较理想的纤维状黏接剂。

在碱锰电池隔膜生产过程中，发现在相同的工艺条件下，采用不同批次的PVAF生产的隔膜会出现强度和吸碱率波动的情况。为了解不同批次的PVAF在同一水温下的纤维形态是否存在差异，以便为碱锰电池隔膜的生产工艺控制提供参考，本试验对两种不同批次的原料在同一温度下的水溶状况进行了对比，同时探讨了其对隔膜性能的影响。

1 试验部分

1.1 原料

PVAF ，1.1 dtex×3 mm，标称水溶温度70 ℃。批号 130108，记为 PVAF-1;批号 130210，记为PVAF-2。

1.2 仪器与设备

BK5000光学显微镜，重庆奥特光学仪器有限公司;DCP-KZ300A(R)电脑测控抗张试验机，四川长江造纸仪器有限责任公司;J-XSL200纸张吸水率测定仪，四川长江造纸仪器有限责任公司。

1.3 试验方法

1.3.1 水溶温度的测试

纤维水溶温度的测试参照生产商提供的出厂检验方法进行：称取3 g绝干的PVAF样品，放入500 mL烧杯中，加入300 mL蒸馏水，在水浴锅中加热，用水银温度计监测温度，升温速度控制为1℃/min;观察纤维在水中的溶解状况，读取水溶液透明时的温度即为水溶温度。做两次平行试验，取算术平均值。

1.3.2 纤维形态对比试验

用光学显微镜观察不同水温下PVAF的形态，比较相同水温下两个批号PVAF的形态，并测量纤维直径。

1.3.3 抄制碱锰电池隔膜

应用不同批次的PVAF抄制碱锰电池隔膜。

1.4 性能测试

(1)隔膜的面密度按GB/T451.2—2002《纸和纸板定量的测定》方法进行。

(2)隔膜的厚度按GB/T451.3—2002《纸和纸板厚度的测定》方法进行。

(3)隔膜的抗张强度按GB/T12914—2008《纸和纸板抗张强度的测定》方法进行。

(4)隔膜的伸缩率按GB/T459—2002《纸和纸板伸缩性的测定》方法进行。

(5)隔膜的吸碱率按GB/T461.3—2005《纸和纸板吸水性的测定(浸水法)》方法进行。

(6)隔膜的吸碱速度按 GB/T461.1—2002《纸和纸板毛细吸液高度的测定(克列姆法)》方法进行。

2 结果与讨论

2.1 PVAF水溶温度测试结果

测得PVAF-1水溶温度为70℃，PVAF-2水溶温度为75℃，均在标准范围70～80℃内。在测试过程中，PVAF悬浮液随着温度的提高，颜色逐渐变浅。温度升至60℃时悬浮液明显变浅，65℃变为有透明感的乳白色。在约70℃时悬浮液的颜色进一步变浅，PVAF-1试样肉眼已经观察不到细小纤维，液体呈透明状;PVAF-2试样肉眼还能看见部分细小纤维，在之后5℃内试样肉眼观察呈透明状。

2.2 同一温度下纤维形态的对比结果

图1是显微镜观察到的55～85℃水中PVAF的纤维形态照片，表1给出了随着水温的升高，两个批次PVAF的直径变化。

图1和表1显示了随着水温的升高，纤维吸水润胀后尺寸、形态的变化情况。在低于55℃时，两批次纤维的形态没有太大的区别，直径的变化也不大;当温度达到65℃时，可明显地看出纤维直径增大，颜色变浅;当温度升至75℃时，纤维接近透明状，且直径增大到25℃时的2～3倍;在80℃时直径可以增大到25℃时的3～4倍，之后5℃内迅速溶解。通过显微镜照片可以看出：PVAF的溶程比较长，但是纤维在最后的5℃内都能迅速溶解;在65～75℃之间，PVAF-1和PVAF-2区别明显，PVAF-1开始润胀程度高，直径明显大于PVAF-2;85℃时，PVAF-2仍有部分未完全溶解的胶状物，而PVAF-1基本全部溶解。由此可见，不同批次的PVAF的水溶温度虽然均在标准范围内，但是纤维水溶过程中形态、尺寸有一定的差异。

2.3 不同批次PVAF对隔膜性能影响

表2是应用两种不同批次的PVAF抄制碱锰电池隔膜的性能参数。水溶温度高的PVAF-2抄制的隔膜比水溶温度低的PVAF-1抄制的隔膜纵向抗张强度低35%，吸碱率高5%，吸碱速度高8% 。主要原因是PVAF水溶温度高，干燥前发生润胀溶解的PVAF较少，导致干燥时发挥黏结作用的PVAF减少，使隔膜强度降低，结构变得疏松，吸碱性能相对较高。