JPH04339B2 - - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】
本発明は硫酸蓄電池のセパレータとして使用す
るための多孔質シートの製造方法に関する。
蓄電池の製造において、蓄電池板間に一定の均
一な空間を維持して蓄電池板間の接触を妨げるた
めに、正極と負極間にセパレータを挿入すること
が必要である。
上記セパレータは、種々の方法により得ること
が出来かつ種々の物質からなる多孔質シート材料
により形成される。各セパレータは、正極板に隣
接した面に、操作中電池板から剥落する固体粒子
を落下させかつ発生した電池ガスを逃散させるた
めに多数の離隔した垂直リブ(スペーサ)を有す
る。
現存するセパレータの一形態は、吸収紙に熱硬
化性フエノール樹脂を含浸したものからつくられ
る現存する別のセパレータは、高分子量ポリエチ
レンとシリカの混合物からなる微細孔質ポリエチ
レンからつくられるかまたは焼結PVCの押出シ
ートにより形成される。ポリオレフイン繊維の層
を結合剤を使用しないで加圧加熱して不織シート
からセパレータを製造することが提案された。前
述した方法はすべて、著しく厚いセパレータをも
たらしかつセパレータ上に必要なリブまたは突起
を製造する際に過度の費用または不利を伴うとい
う欠点を有する。
ポリ塩化ビニルセパレータの場合、上記スペー
サは、多孔質シートを形成するものと同じ物質か
らなり、セパレータの製造中押出成形により直接
得られる。これに対し、セルロース物質からつく
られるセパレータでは、スペーサはプラスチツク
物質からつくられ、このプラスチツク物質は、接
着剤によりまたは沈積によりまたは溶融押出によ
り支持体に結合される。
別個に製造された支持体にスペーサを取り付け
ることは、それが押出成形中の熱溶接によるかま
たは接着剤付けにより行われようとも、微細孔質
表面を減ずるので本来セパレータの抵抗の増大に
役立つ。
事実、接着剤またはセメントは沈着領域の周囲
の領域とに広がり、一方、押出成形中の熱溶接の
場合、形成されたばかりのスペーサ上に局在する
過圧の発生は断面を増大させ、この断面の増大に
より、セパレータの活性面が低減され、さらに、
冷却効果に基づくスペーサにより受ける収縮に基
づく応力が生じ、これによつてセパレータの平滑
性が失われる可能性があり、その結果それらを蓄
電池の製造で使用することに対して偏見が生じて
いる。
紙の上にスペーサを直接押出す際、スペーサ間
の寸法または距離を変えようとする度に技術はさ
らに複雑になる。
直接押出の場合、この後者は、押出機ヘツドを
変えることにより、したがつて押出穴の位置を変
えることによつてのみ行うことが出来、したがつ
て、経済的負担の増大および時間の損失を招く。
本発明の目的は、硫酸蓄電池のセパレータとし
て使用するのに適した合成熱可塑性重合体をベー
スとする多孔質シートを製造する新規な方法を提
供することである。
上記多孔質シートを製造するための本発明によ
る方法は、下記の連続操作からなる。
(a) 3〜40重量%のセルロース繊維、97〜60重量
%の、少なくとも一種の熱可塑性重合体の少な
くとも1m2/gの表面積を有する小繊維
(fibril)を含みかつおよび繊維混合物に均一に
分散され繊維混合物に対して少なくとも0.1%
の非イオン性湿潤剤の混合物を含む繊維物質の
シートを製造する工程、
(b) シートを、重合体の融解温度に等しいかまた
はそれより高い温度に圧力の不在下で小繊維を
融解するのに十分な時間加熱する工程。
小繊維は、低または高密度ポリエチレン、アイ
ソタクチツク巨大分子から本質的になるポリプロ
ピレン、エチレン/プロピレンランダムまたはブ
ロツク共重合体、ポリ−4−メチル−1−ペンテ
ン、ポリアミド、ポリエステル、ポリアクリロニ
トリル、ポリウレタン、ポリカーボネート、ビニ
ル樹脂、たとえばポリ塩化ビニルまたはポリ酢酸
ビニル、エチレン/酢酸ビニル共重合体、アクリ
ル樹脂またはポリエーテルからなるのが好まし
い。小繊維はたとえば英国特許第891945、
1262531、1355912、1355913、1392667、1471097
号明細書および米国特許第3770856、3750383およ
び3808691号明細書に記載されている方法により
製造することが出来る。小繊維は、0.2〜50mmの
長さ、1〜500μの直径および1〜50m2/gの表
面積を有する。好ましくは、小繊維は1〜3mmの
長さを有し、より好ましくは1.4〜2.2mmの長さを
有する。小繊維には、その製造過程で鉱物たとえ
ばカオリン、タルク、プラスター、二酸化チタン
または珪酸塩を含ませることが出来る。鉱物配合
量は小繊維全重量の最大70%であることが出来る
が、しかし、50〜55重量%以下であることが好ま
しい。セルロース繊維は漂白針葉樹パルプからな
るのが好ましい。
繊維物質のシートの製造は、セルロース繊維お
よび小繊維の混合物の水中または他の不活性液体
媒体中懸濁液から出発する製紙技術により行うの
が好ましい。連続的にまたはバツチ式に機能する
平らな床または回転機械を使用するのが好まし
い。出発水性懸濁液は、0.7〜1.5重量%の全繊維
物質を含有するのが好ましい。湿潤剤は、乾燥繊
維物質の重量に基いて0.1〜5重量%の量で懸濁
液に添加するのが好ましい。湿潤剤は繊維の吸収
を増大させることが出来、最終シートにほとんど
完全に保持される。ある場合には、使用される湿
潤剤に応じて、消泡剤をシートに導入してセパレ
ータが最終的に使用される電池の電解浴において
泡の生成を防止するのが望ましい。消泡剤は非イ
オン系であることが必要であり、繊維混合物の
0.01〜1重量%の割合でシート中に存在すること
が出来る。消泡剤は湿潤剤と同じ技術でシートに
導入することが出来る。
シートに形成する前に、繊維混合物は、セルロ
ース繊維の処理のために製紙工業で使用される技
術により精練することが出来る。最初の繊維混合
物の高度の精練により、最終製品において小寸法
の細孔を得ることが出来る。繊維混合物は、15〜
55゜SR(Schoppel−Riegler)の叩解度まで精練す
るのが好ましい。15〜30゜SRの値は、非常に微細
な細孔および比較的低い電気抵抗を有するセパレ
ータをもたらすのでさらに良好である。
シートが異なる重合体の小繊維からつくられる
場合、加熱は最低融解温度を有する重合体の融解
温度に少なくとも等しい温度にするべきである。
加熱は、重合体の融解温度より少くとも5℃、よ
り好ましくは20〜40℃高い温度であるのが好まし
い。加熱は、実質的な圧力の適用なしに行われる
が、しかし、たとえば、加熱手段がシートが通過
する一対のローラを装着する場合、シートを加熱
手段と接触させるのに必要な圧力は問題にならな
い。しかしながら、シート上の圧力は0.01Kg/cm2
を超えてはならない。加熱はシートをオーブンに
通すかまたは多数の赤外線加熱ランプを横断させ
るかまたは加熱ローラの表面上に通すことにより
行うことが出来る。加熱後、シートは冷却され、
その表面に必要な離隔した垂直リブ(スペーサ)
を施した後、鉛酸蓄電池でセパレータとして使用
することが出来る。
上記のように本発明における小繊維は高い比表
面積を有しているのでシートにおいて大きな容積
を占めている。この小繊維が熱処理において融解
するとその容積は縮小されてごく小さな滴
(drip)となり、それに従つてそれに相当する空
〓(void)がシート内に生成する。このように空
〓が生成することによつて多孔性が生ずるのであ
り、結局小繊維の融解によつて多孔性が生じ多孔
質シートが得られるのである。
特に、高密度ポリエチレンの小繊維を本発明の
多孔質シートの製造に使用する場合、シート上の
スペーサの形成は、シートの表面に特定のメルト
インデツクス値を有する低密度ポリエチレンのフ
イラメントを適用し、特定の条件下で熱溶接する
ことにより有利な方法で達成出来る。
かくてスペーサ付硫酸蓄電池用セパレータは下
記の工程により製造されるのが好ましい。
(a′) 3〜40重量%のセルロース繊維、97〜60重
量%の、高密度ポリエチレンの少なくとも1
m2/gの表面積を有する小繊維、および繊維混
合物に均一に分散され繊維混合物に対して少な
くとも0.1%の非イオン性湿潤剤の混合物を含
む繊維物質のシートを製造する工程、
(b′) 上記シートを、上記ポリエチレンの融解温
度に等しいかまたはそれ以上の温度に圧力を加
えないで小繊維を融解するのに十分な時間加熱
する工程、
(c) 0.2〜3mmの直径を有しかつメルトインデツ
クスが0.3〜10の低密度系ポリエチレンからな
るフイラメント状のスペーサをシート上に沈積
する工程、
(d) シート上に配列されたスペーサを120〜180℃
で加熱する工程、
(e) 上記温度でスペーサをシート上に、スペーサ
上に遊びローラを走らせて圧縮する工程。
工程(a′)および(b′)は、工程(a)および(b)と
同じ方式および方法により行うことが出来る。
加熱工程(b′)後、シートは冷却して工程(c)で
使用することが出来る。
しかしながら、加熱工程(b′)は省略すること
が出来、そしてシートを工程(a′)から工程(c)に
直接送ることが出来る。この場合、ポリエチレン
小繊維の融解に必要な加熱工程(b′)は、加熱工
程(d)と併用して行うことが出来る。
スペーサとして作用するフイラメントは、通常
のポリエチレン押出法により得ることが出来る。
そのようなフイラメントはM.I.が2〜8のポリエ
チレンからなるのが好ましい。また、フイラメン
トには、無機物質たとえばカオリン、カーボンブ
ラツク、タルク等を配合することが出来る。
好ましくは、スペーサフイラメントは、驚くこ
とに本発明者により見い出されたように、活性面
の低減に基づくセパレータの抵抗の増大を制限す
る他に、支持体の平滑性にも有利に作用する微細
孔質構造を示す。そのような場合、フイラメント
は、ポリエチレンを発泡剤と共に当業者に周知の
技術により押出すことにより製造することが出来
る。
工程(d)の温度選択は、押出機の操作速度、スペ
ーサの材料であるポリエチレンのM.I.(メルトイ
ンデツクス)、ポリエチレンに含まれる発泡剤の
量および工程(e)でスペーサに加圧ローラにより加
えられる圧力に基いて行われる。
この温度は、スペーサを形成するポリエチレン
のM.I.が2〜8である場合、一般に120〜180℃で
あるが、しかし、125〜160℃が好ましい。
スペーサを支持体に圧し付ける工程(e)は、好ま
しくは、支持体の幅1cm当り25〜250gの圧力を
スペーサに加えて行われる。この圧力は、支持体
上に載置されるローラ自身の重量により決定され
る圧力であることが出来、または、スペーサを有
する支持体を、プレスローラの表面とスペーサを
有する支持体を運ぶ加熱面とにより形成される適
当な間隙を有する穴に通すことにより得ることが
出来る。
本発明の方法を実施するのに適当な装置は、工
程(c)から来るシートまたは支持体上へのスペーサ
の適用および付着を適当な方法で達成することが
出来、離隔フイラメントが配列された支持体を運
ぶ可動性加熱表面および上記支持体上で回転する
ことが出来る遊びローラを有することにより特徴
づけられる。
上記遊びローラ(プレツサー)は、支持体上に
存在するスペーサ上を走行して、スペーサを支持
体上に付着させ、同時にセパレータの全体厚を制
御することが出来なければならない。
図面において、Bは加熱されたシリンダー、P
は遊びローラ(プレツサー)およびCはプレツサ
ーローラを支持するローラである。
装置の運転中、本発明の目的を達成するには、
前以つてつくられたシートまたは支持体dが、コ
イルAから伝達ローラRを通つて加熱シリンダー
Bに送られる。スペーサフイラメントfは、多羽
根プーリーDによりシートまたは支持体d上に送
られる。
加熱ローラは回転しながらスペーサフイラメン
トを有する支持体をローラと共に引きずり、スペ
ーサ上にプレツサーローラPを回転させ、スペー
サはプレツサーの重量により支持体に付着せしめ
られる。図面において、hは装置から出て来る連
続シート状の直ちに使用出来るセパレータを示
す。
ローラCは、プレスローラの支持体として作用
し、加熱ローラともまた支持体または支持体上に
配列されたフイラメントとも接触しない。
本方法を実現するのに好ましい条件は次のよう
である。
−シート中に存在する高密度ポリエチレン小繊維
の融解前のシートの繊維混合物の組成:60−80
重量%の高密度ポリエチレンの充填剤を含まな
い小繊維、40−20重量%のセルロース繊維;
−スペーサの低密度ポリエチレンのメルトインデ
ツクス(M.I.) 3.5
−スペーサの充填剤として存在する1−10重量%
のカーボンブラツク
−加熱ローラ上のスペーサの滞留時間 0.5〜15
秒
下記の例は本発明をさらに説明するものである
が、しかし本発明を限定するものではない。
尚、以下の例においては得られたシートの多孔
性はベンツエン気孔率(Bendtzen porosity)に
よつて表されている。これは英国その他で用いら
れているパルプ、紙、ボード、カートン等のため
の試験方法によつて得られるのであり、この試験
方法によれば気孔率は150mm水柱の有効圧力によ
つて包装材料の10cm2を通過する1分間当りの空気
の量で与えられる。
例 1
繊維をつくるために、紙叩解機に、30重量%の
セルロースシートおよび70%の針葉樹セルロース
の硫酸塩からなるセルロースペースト25Kgを導入
する。
小繊維は、メルトインデツクス30、融解温度
135℃および密度0.96g/cm2の高密度ポリエチレ
ンから、前述した英国特許第1392667号明細書に
記載の方法により調製する。
得られた小繊維は1.4〜2.2mmの長さ、19μの平
均見掛け直径および5.7m2/gの表面積を有し、
平均粒径約5μのカオリン粉末を小繊維に対して
約30重量%含有する。
これらの小繊維75Kgを、セルロース繊維を有す
る紙叩解機に導入する。繊維混合物を円錐叩解機
で30゜SRまで精練し、次いで、750gの軟化剤ま
たは界面活性剤(Shellのテイーポール610非イオ
ン性界面活性剤)および250gの中性界面活性剤
(Lamberi de VareseのシントールH14)を含有
するタンクに移す。得られた混合物を、水で繊維
含量10g/の懸濁液に希釈した後連続シート形
成機に送り、4m/分の速度でシートにする。3
%湿度に乾燥後シートの特性は、次のようであ
る:
重 量 148g/m2
厚 さ 433μ
比容積 2.93cm3/g
空気に対するベンツエン気孔率 1040cm3/分
次に、シートを、圧力を加えることなく1.2
m/分の速度で165℃のオーブンに通す。オーブ
ンにおけるシートの滞留時間は45秒である。この
ように処理されたシートは、下記特性を有する。
重 量 150g/m2
厚 さ 400μ
横断方向引張強度 3.4Kg/cm
長手方向引張強度 2.6Kg/cm
破壊時の横断方向伸び 2.6%
破壊時の長手方向伸び 4.3%
横断方向破壊長さ 2190m
長手方向破壊長さ 1600m
比容積 2.51cm3/g
空気に対するベンツエン気孔率 2600cm3/分
全細孔容積 65.7%
平均細孔直径 10.6μ
最大細孔直径 12.2μ
比重1.250の硫酸中における20℃の電気抵抗
5Ω/dm2・mm
例 2
例1と同じセルロース25Kgおよび長さ1.4〜2.2
mm、平均見掛け直径20μおよび表面積約5m2/g
の鉱物充填剤なしのポリエチレン小繊維75Kgの水
性混合物を使用する。ポリエチレンは例1と同じ
である。
繊維混合物を25゜SRまで精練し、次いで、760
gのテイーボール610に添加し、繊維含量10g/
の懸濁液になるまで希釈する。例1の方法によ
り、乾燥後下記特性を有するシートを得る。
重 量 187g/m2
厚 さ 420μ
比容積 2.75cm3/g
空気に対するベンツエン気孔率 840cm3/分
シートを、温度165℃のシリンダー表面に2
m/分の速度およびほとんど圧力を加えないで送
る。シートはこの温度で10秒保持する。得られた
シートは下記特性を有する。
重 量 176.4g/m2
厚 さ 418μ
横断方向引張強度 1.62Kg/cm
長手方向引張強度 2.78Kg/cm
破壊時の横断方向伸び 3.3%
破壊時の長手方向伸び 1.8%
比容積 2.37cm3/g
空気に対するベンツエン気孔率 2000cm3/分
全細孔容積 63%
平均細孔直径 8.5μ
最大細孔直径 10.5μ
比重1.250の硫酸中の20℃電気抵抗
10Ω/dm2・mm
シートの特性は下記方法により測定した。
全細孔容積は下式により計算する。
細孔容積%=VA−VT/VA=100
(式中
VA=幾何学的寸法から計算された検査中のシ
ート試料の容積、
VT=式VT=50−T2により計算された試料の有
効容積(すなわち、細孔容積から誘導される)、
ここで50は試料を置いた風袋マツトレスの容積
cm3、T2は20℃でマツトレスを充填するn−プロ
パノールの容積cm3である。
細孔寸法は下式により計算される。
細孔直径(μ)=40.8×n−プロパノールの
表面張力(ダイン×cm)/空気圧力(水cm)
41.3mm直径の試料を2つのシリンダー間に固定
し、下部シリンダーの底部を閉じ、空気ジエツト
を供給する。上部シリンダーは、多孔質試料から
つくられた底部を有し、約4cm3のn−プロパノー
ルが供給される。最大細孔直径は、n−プロパノ
ールを介して試料から逃げる空気の3つのカラム
を構成する空気圧(水cm)から出発して計算され
る。平均直径は、試料の表面全体に空気カラムを
形成するのに十分な空気圧により計算される。電
気抵抗の測定は、20℃で行われる。多孔質セパレ
ータにより引き起されるホイートストーンブリツ
ジの平衡の変化が測定される。測定セルを一定温
度に保持する。多孔質セパレータを硫酸(比重=
1.28、25℃)に垂直に浸漬し、測定を20分間浸漬
後行う。
機械的性質:紙の特徴づけで使用される標準法
による
例 3
繊維濃度25g/を有する硫酸塩針葉樹セルロ
ースの水性懸濁液を、円錐精練機に導入し、そこ
でセルロースを35゜SRまで精練する。次に、この
懸濁液に、充填剤として配合された30重量%のカ
オリンを含有し、平均ポンデラル(ponderal)
長さ1.6mm、平均(見掛け)直径19ミクロンおよ
び表面積3.5m2/gを有する高密度型ポリエチレ
ン小繊維(M.I.=30、融解温度135℃、密度0.96
g/c.c.)を、100重量%のセルロース当り200重量
部の小繊維に相当する量で添加した。次に、この
混合物を、スキミングブレード精練機に移し、完
全に均一化するまで作動させた。その後、懸濁液
を水で希釈して繊維含量8g/とし、次いで、
100gの繊維当り7gのテイーポールPG(Shell
Com−pany製の非イオン性界面活性剤)を添加
し、これを用いてフラツトテーブル連続シート成
形機によりシート状の繊維支持体を製造した。
支持体の製造中、成形機の流入タンクに、100
重量部の繊維当り約0.6重量部のVP−1144/IT
(Bayer Company製の消泡剤)を添加した。
得られた支持体は、比重150g/cm2のシートか
らなるものであつた。
この支持体を、175℃に加熱された水蒸気加熱
シリンダー上に実質的に圧力を存在させないで送
り、シートに含まれるポリエチレン繊維を融解さ
せ、長さ150mmおよび厚さ386ミクロンの支持体を
形成した。この支持体および図面の装置を用い
て、一連のスペーサ付き蓄電池セパレータを製造
した。
この目的に対して、支持体に適用すべきスペー
サとして、100重量部の低密度ポリエチレン(密
度=0.918、M.I.=3.5、融解温度=110℃)、2.5p.
b.wのカボツトCB−9PE.732(50p.b.wのカーボン
ブラツクと50p.b.wのポリエチレン蝋の混合物、
CABOT Co.製)、5p.b.wのカオリンおよび2p.b.
wのサーマ2002/L(消泡剤、SARMA Co.製)
からなる混合物から出発して別個に押出された直
径1.2mmのフイラメントを使用した。
加熱シリンダーBは、125℃に維持し、スペー
サ上の圧力(この場合、プレツサーローラpの重
量に相当する)は100g/cmに達した。支持体の
ローラB上への供給速度または進行は、1.5m/
分であつた。装置から出るスペーサ付き担体を、
15×12.8cmの寸法および全体厚1.35mm(支持体+
スペーサ)のシートに切断した。
最終製品で確認された興味ある特徴を下記の表
に示す。
例 4
ポリエチレン小繊維が充填剤を含まずかつ小繊
維のポリエチレンがM.I.=2.3を有することを除
いて、例1と同じ方法を繰り返えした。
セパレータの特徴は表に示す。
例 5
調製した支持体が415ミクロンの厚さを有し、
スペーサ用に用いたポリエチレンが25重量%のカ
ーボンブラツクしか含有せず、かつ発泡剤を含有
せず、そしてスペーサに対する接合圧力が66g/
cmに達することを除いて、例1の方法を繰り返え
した。
スペーサの特徴およびセパレータおよび支持体
単独の電気抵抗を表に示す。
例 6
100g/cmに等しいスペーサへの接合圧力を用
いたことを除いて例3の方法を繰り返えした。
セパレータおよびスペーサの電気抵抗を下記表
に示す。
例 7
200g/cmの接合圧力を用いることを除いて例
3と同じ方法を繰り返えした。
【表】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a method for producing a porous sheet for use as a separator in a sulfuric acid storage battery. In the production of batteries, it is necessary to insert a separator between the positive and negative electrodes in order to maintain a certain uniform space between the battery plates and prevent contact between the battery plates. The separator is formed of a porous sheet material that can be obtained by various methods and made of various materials. Each separator has a number of spaced vertical ribs (spacers) on the surface adjacent to the positive electrode plate for shedding solid particles that are dislodged from the battery plate during operation and for dissipating generated battery gases. One form of existing separator is made from absorbent paper impregnated with a thermoset phenolic resin. Another form of existing separator is made from microporous polyethylene consisting of a mixture of high molecular weight polyethylene and silica or sintered. Made of extruded sheet of PVC. It has been proposed to produce separators from nonwoven sheets by pressing and heating layers of polyolefin fibers without the use of binders. All of the aforementioned methods have the disadvantage of resulting in significantly thicker separators and with excessive expense or disadvantage in manufacturing the necessary ribs or protrusions on the separators. In the case of polyvinyl chloride separators, the spacers consist of the same material that forms the porous sheet and are obtained directly by extrusion during the manufacture of the separator. In contrast, in separators made from cellulosic material, the spacers are made from a plastic material that is bonded to the support by adhesive or by deposition or by melt extrusion. Attaching the spacer to a separately manufactured support, whether done by heat welding during extrusion or by gluing, inherently serves to increase the resistance of the separator as it reduces the microporous surface. The fact is that the adhesive or cement spreads to the surrounding areas of the deposited area, while in the case of thermal welding during extrusion, the development of overpressure localized on the just-formed spacer increases the cross-section and this cross-section The increase in the active surface of the separator is reduced, and
Stresses arise due to the shrinkage experienced by the spacers due to the cooling effect, which can lead to loss of smoothness of the separators, resulting in a prejudice against their use in the production of accumulators. When extruding spacers directly onto paper, the technique is further complicated each time the size or distance between the spacers is varied. In the case of direct extrusion, this latter can only be carried out by changing the extruder head and therefore by changing the position of the extrusion hole, thus increasing the economic burden and loss of time. invite The object of the present invention is to provide a new method for producing porous sheets based on synthetic thermoplastic polymers suitable for use as separators in sulfuric acid storage batteries. The method according to the invention for producing the porous sheet described above consists of the following sequential operations. (a) 3 to 40% by weight of cellulose fibers, 97 to 60% by weight of at least one thermoplastic polymer, fibrils having a surface area of at least 1 m 2 /g and uniformly distributed in the fiber mixture; At least 0.1% of the dispersed fiber mixture
(b) melting the fibrils in the absence of pressure to a temperature equal to or higher than the melting temperature of the polymer; The process of heating for a sufficient period of time. Fibrils include low or high density polyethylene, polypropylene consisting essentially of isotactic macromolecules, ethylene/propylene random or block copolymers, poly-4-methyl-1-pentene, polyamide, polyester, polyacrylonitrile, polyurethane, polycarbonate. , vinyl resins such as polyvinyl chloride or polyvinyl acetate, ethylene/vinyl acetate copolymers, acrylic resins or polyethers. For example, fibrils are described in British Patent No. 891945,
1262531, 1355912, 1355913, 1392667, 1471097
and US Pat. No. 3,770,856, 3,750,383 and 3,808,691. The fibrils have a length of 0.2 to 50 mm, a diameter of 1 to 500 μ and a surface area of 1 to 50 m 2 /g. Preferably, the fibrils have a length of 1 to 3 mm, more preferably 1.4 to 2.2 mm. The fibrils may contain minerals such as kaolin, talc, plaster, titanium dioxide or silicates during their manufacture. The mineral loading can be up to 70% of the total fibril weight, but preferably no more than 50-55% by weight. Preferably, the cellulose fibers consist of bleached softwood pulp. The production of sheets of fibrous material is preferably carried out by papermaking techniques starting from a suspension of a mixture of cellulose fibers and fibrils in water or other inert liquid medium. Preference is given to using flat-bed or rotary machines that work continuously or in batches. Preferably, the starting aqueous suspension contains 0.7 to 1.5% by weight of total fiber material. The wetting agent is preferably added to the suspension in an amount of 0.1 to 5% by weight, based on the weight of the dry fibrous material. Wetting agents can increase fiber absorption and are almost completely retained in the final sheet. In some cases, depending on the wetting agent used, it may be desirable to incorporate antifoaming agents into the sheet to prevent foam formation in the electrolytic bath of the cell in which the separator is ultimately used. Defoamers need to be non-ionic and are suitable for fiber mixtures.
It can be present in the sheet in a proportion of 0.01 to 1% by weight. Defoamers can be incorporated into the sheet using the same techniques as wetting agents. Prior to forming into a sheet, the fiber mixture can be refined by techniques used in the paper industry for processing cellulosic fibers. A high degree of scouring of the initial fiber mixture makes it possible to obtain small sized pores in the final product. Fiber mixtures range from 15 to
It is preferable to refine to a freeness of 55°SR (Schoppel-Riegler). Values of 15-30°SR are even better as they result in separators with very fine pores and relatively low electrical resistance. If the sheet is made from fibrils of different polymers, the heating should be at a temperature at least equal to the melting temperature of the polymer with the lowest melting temperature.
Preferably, the heating is at a temperature of at least 5°C, more preferably 20-40°C above the melting temperature of the polymer. Heating takes place without the application of substantial pressure, but if, for example, the heating means is equipped with a pair of rollers through which the sheet passes, the pressure required to bring the sheet into contact with the heating means is not a problem. . However, the pressure on the sheet is 0.01Kg/cm 2
shall not exceed. Heating can be accomplished by passing the sheet through an oven or across a number of infrared heat lamps or over the surface of a heated roller. After heating, the sheet is cooled and
Spaced vertical ribs (spacers) required on its surface
After treatment, it can be used as a separator in lead-acid batteries. As mentioned above, the fibrils in the present invention have a high specific surface area and therefore occupy a large volume in the sheet. When the fibrils melt during heat treatment, their volume is reduced to very small drops, and corresponding voids are created within the sheet. The formation of voids in this way causes porosity, and eventually porosity occurs due to the melting of the fibrils, resulting in a porous sheet. In particular, when fibrils of high-density polyethylene are used in the production of the porous sheet of the present invention, the formation of spacers on the sheet involves applying filaments of low-density polyethylene with a specific melt index value to the surface of the sheet. , can be advantageously achieved by heat welding under certain conditions. Thus, the separator for a sulfuric acid storage battery with a spacer is preferably manufactured by the following process. (a') at least one of 3-40% by weight cellulose fibers, 97-60% by weight high-density polyethylene;
producing a sheet of fibrous material comprising fibrils having a surface area of m 2 /g and a mixture of nonionic wetting agents homogeneously distributed in the fiber mixture and at least 0.1% of the fiber mixture; (b′) (c) heating said sheet to a temperature equal to or higher than the melting temperature of said polyethylene for a time sufficient to melt the fibrils without applying pressure; (c) having a diameter of 0.2 to 3 mm and melting; Step of depositing filament-shaped spacers made of low-density polyethylene with an index of 0.3 to 10 on the sheet, (d) depositing the spacers arranged on the sheet at 120 to 180°C
(e) At the above temperature, the spacer is compressed onto the sheet by running an idler roller over the spacer. Steps (a') and (b') can be carried out in the same manner and method as steps (a) and (b). After heating step (b'), the sheet can be cooled and used in step (c). However, the heating step (b') can be omitted and the sheet can be sent directly from step (a') to step (c). In this case, the heating step (b') necessary for melting the polyethylene fibrils can be carried out in combination with the heating step (d). The filaments acting as spacers can be obtained by conventional polyethylene extrusion methods.
Preferably, such filaments consist of polyethylene having an MI of 2 to 8. The filament may also contain inorganic substances such as kaolin, carbon black, and talc. Preferably, the spacer filaments contain micropores which, as surprisingly found by the inventors, limit the increase in resistance of the separator due to the reduction of the active surface, but also favor the smoothness of the support. shows the quality structure. In such cases, the filament can be manufactured by extruding polyethylene with blowing agents by techniques well known to those skilled in the art. The temperature selection in step (d) depends on the operating speed of the extruder, the MI (melt index) of the polyethylene that is the material for the spacer, the amount of blowing agent contained in the polyethylene, and the amount of blowing agent added to the spacer by the pressure roller in step (e). This is done based on the pressure applied. This temperature is generally between 120 and 180<0>C, but preferably between 125 and 160<0>C when the polyethylene forming the spacer has an MI of 2 to 8. The step (e) of pressing the spacer onto the support is preferably carried out by applying a pressure of 25 to 250 g per cm of width of the support to the spacer. This pressure can be a pressure determined by the weight of the roller itself, which rests on the support, or it can be a pressure determined by the weight of the roller itself, which is placed on the support, or the support with the spacers is pressed against the surface of the press roller and a heated surface carrying the support with the spacers. It can be obtained by passing it through a hole having an appropriate gap formed by. Apparatus suitable for carrying out the method of the invention is capable of achieving in any suitable manner the application and adhesion of the spacers onto the sheet or support coming from step (c), and the support on which the spaced filaments are arranged. It is characterized by having a movable heating surface carrying the body and idler rollers that can rotate on the support. The idler roller (presser) must be able to run over the spacers present on the support, depositing the spacers on the support and at the same time controlling the overall thickness of the separator. In the drawing, B is a heated cylinder, P
is an idle roller (presser) and C is a roller that supports the presser roller. To achieve the objectives of the invention during operation of the device,
A prefabricated sheet or support d is conveyed from coil A through transmission rollers R to heating cylinder B. The spacer filament f is fed onto the sheet or support d by a multi-bladed pulley D. The heating roller drags the support having the spacer filament with it while rotating, and the presser roller P is rotated over the spacer, so that the spacer is adhered to the support by the weight of the presser. In the drawing, h indicates a continuous sheet of ready-to-use separator emerging from the device. Roller C acts as a support for the press roller and does not come into contact with either the heating roller or the support or the filaments arranged on the support. Preferable conditions for implementing this method are as follows. - Composition of the fiber mixture of the sheet before melting of the high density polyethylene fibrils present in the sheet: 60-80
% by weight of unfilled fibrils of high-density polyethylene, 40-20% by weight of cellulose fibers; - melt index (MI) of low-density polyethylene of the spacer 3.5 - 1-10% by weight of filler present in the spacer %
Carbon black - Residence time of spacer on heating roller 0.5~15
Sec. The following examples further illustrate the invention, but do not limit it. In the following examples, the porosity of the obtained sheet is expressed by Bendtzen porosity. This is obtained by a test method used in the UK and elsewhere for pulp, paper, board, cartons, etc., according to which the porosity of the packaging material is determined by the effective pressure of 150 mm of water. It is given as the amount of air passing through 10 cm 2 per minute. Example 1 To make fibers, 25 kg of cellulose paste consisting of 30% by weight cellulose sheet and 70% sulphate of softwood cellulose are introduced into a paper beater. Fibrils have a melt index of 30 and a melting temperature of
It is prepared from high density polyethylene at 135° C. and a density of 0.96 g/cm 2 by the method described in the aforementioned British Patent No. 1392667. The fibrils obtained have a length of 1.4-2.2 mm, an average apparent diameter of 19 μ and a surface area of 5.7 m 2 /g,
Contains about 30% by weight of kaolin powder with an average particle size of about 5μ based on the fibrils. 75 Kg of these fibrils are introduced into a paper beater with cellulose fibers. The fiber mixture was refined in a conical mill to 30° SR and then treated with 750 g of a softener or surfactant (TyPol 610 nonionic surfactant from Shell) and 250 g of a neutral surfactant (from Lamberi de Varese). Transfer to a tank containing Synthol H14). The resulting mixture, after being diluted with water to a suspension with a fiber content of 10 g/min, is sent to a continuous sheet-forming machine and sheeted at a speed of 4 m/min. 3
The properties of the sheet after drying to % humidity are as follows: Weight 148g/m 2 Thickness 433μ Specific volume 2.93cm 3 /g Benzene porosity relative to air 1040cm 3 /min Then, the sheet is subjected to pressure Without 1.2
Pass through the oven at 165°C at a speed of m/min. The residence time of the sheet in the oven is 45 seconds. The sheet treated in this way has the following properties. Weight 150g/ m2 Thickness 400μ Transverse tensile strength 3.4Kg/cm Longitudinal tensile strength 2.6Kg/cm Transverse elongation at failure 2.6% Longitudinal elongation at failure 4.3% Transverse failure length 2190m Longitudinal failure Length 1600m Specific volume 2.51cm 3 /g Benzene porosity relative to air 2600cm 3 /min Total pore volume 65.7% Average pore diameter 10.6μ Maximum pore diameter 12.2μ Electrical resistance at 20℃ in sulfuric acid with specific gravity 1.250
5Ω/dm 2・mm Example 2 Same cellulose as Example 1, 25Kg and length 1.4~2.2
mm, average apparent diameter 20μ and surface area approximately 5m 2 /g
using an aqueous mixture of 75Kg of polyethylene fibrils without mineral fillers. Polyethylene is the same as in Example 1. The fiber mixture was scoured to 25°SR, then 760°
g of T-Ball 610, fiber content 10g/
Dilute until it becomes a suspension. By the method of Example 1, a sheet is obtained which, after drying, has the following properties: Weight 187g/m 2 Thickness 420μ Specific volume 2.75cm 3 /g Benzene porosity relative to air 840cm 3 /min The sheet was placed on the surface of a cylinder at a temperature of 165°C.
Feed at a speed of m/min and with little pressure. Hold the sheet at this temperature for 10 seconds. The obtained sheet has the following properties. Weight 176.4g/ m2 Thickness 418μ Transverse tensile strength 1.62Kg/cm Longitudinal tensile strength 2.78Kg/cm Transverse elongation at break 3.3% Longitudinal elongation at break 1.8% Specific volume 2.37cm 3 /g Air Benzene porosity 2000cm 3 /min Total pore volume 63% Average pore diameter 8.5μ Maximum pore diameter 10.5μ Electrical resistance at 20℃ in sulfuric acid with specific gravity 1.250
The properties of the 10Ω/dm 2 ·mm sheet were measured by the following method. The total pore volume is calculated using the formula below. Pore volume % = V A − V T / V A = 100 (where V A = volume of the sheet specimen under examination calculated from the geometric dimensions, V T = calculated by the formula V T = 50 − T 2 the effective volume of the sample (i.e. derived from the pore volume),
Here, 50 is the volume of the tare pine tress where the sample was placed.
cm 3 , T 2 is the volume cm 3 of n-propanol filling the pine tress at 20°C. The pore size is calculated by the following formula. Pore diameter (μ) = 40.8 × surface tension of n-propanol (dyne × cm) / air pressure (cm of water) A sample with a diameter of 41.3 mm was fixed between two cylinders, the bottom of the lower cylinder was closed, and the air jet was supply. The upper cylinder has a bottom made of porous sample and is supplied with about 4 cm 3 of n-propanol. The maximum pore diameter is calculated starting from the air pressure (cm of water) that constitutes the three columns of air escaping from the sample via n-propanol. The average diameter is calculated with sufficient air pressure to form an air column across the surface of the sample. Electrical resistance measurements are made at 20°C. The change in the Wheatstone bridge equilibrium caused by the porous separator is measured. The measuring cell is kept at a constant temperature. porous separator with sulfuric acid (specific gravity =
1.28, 25°C) and measurements are taken after 20 minutes of immersion. Mechanical Properties: Example 3 According to Standard Methods Used in Paper Characterization An aqueous suspension of sulfated softwood cellulose with a fiber concentration of 25 g/ is introduced into a conical scouring machine where the cellulose is scoured to 35° SR. . This suspension then contains 30% by weight of kaolin incorporated as a filler to give an average ponderal
High-density polyethylene fibrils (MI=30, melting temperature 135°C, density 0.96) with length 1.6 mm, average (apparent) diameter 19 microns and surface area 3.5 m 2 /g
g/cc) was added in an amount corresponding to 200 parts by weight of fibrils per 100% by weight of cellulose. This mixture was then transferred to a skimming blade scouring machine and operated until complete homogenization. The suspension was then diluted with water to a fiber content of 8 g/
7g of T-pol PG (Shell) per 100g of fiber
A nonionic surfactant (manufactured by Com-pany) was added thereto, and a sheet-like fiber support was produced using this on a flat table continuous sheet forming machine. During the manufacture of the support, 100
Approximately 0.6 parts by weight of VP-1144/IT per part of fiber by weight
(defoamer from Bayer Company) was added. The obtained support consisted of a sheet having a specific gravity of 150 g/cm 2 . The support was passed substantially in the absence of pressure over a steam-heated cylinder heated to 175°C to melt the polyethylene fibers contained in the sheet and form a support 150 mm long and 386 microns thick. . Using this support and the apparatus shown in the drawings, a series of spacer-equipped storage battery separators were manufactured. For this purpose, as a spacer to be applied to the support, 100 parts by weight of low-density polyethylene (density = 0.918, MI = 3.5, melting temperature = 110 °C), 2.5 p.
bw Kabot CB-9PE.732 (mixture of 50p.bw carbon black and 50p.bw polyethylene wax,
CABOT Co.), 5p.bw of kaolin and 2p.b.
w's Therma 2002/L (antifoaming agent, manufactured by SARMA Co.)
A filament with a diameter of 1.2 mm was used which was extruded separately starting from a mixture consisting of: The heating cylinder B was maintained at 125° C. and the pressure on the spacer (corresponding in this case to the weight of the presser roller p) reached 100 g/cm. The feeding speed or advancement of the support onto roller B is 1.5 m/
It was hot in minutes. The spacer-equipped carrier that comes out of the device is
Dimensions 15 x 12.8 cm and overall thickness 1.35 mm (support +
spacers) were cut into sheets. Interesting features identified in the final product are shown in the table below. Example 4 The same procedure as in Example 1 was repeated, except that the polyethylene fibrils were free of filler and the fibrillated polyethylene had an MI=2.3. The characteristics of the separator are shown in the table. Example 5 The prepared support has a thickness of 415 microns,
The polyethylene used for the spacer contains only 25% by weight of carbon black, contains no foaming agent, and the bonding pressure for the spacer is 66g/
The method of Example 1 was repeated except that cm was reached. The characteristics of the spacer and the electrical resistance of the separator and support alone are shown in the table. Example 6 The method of Example 3 was repeated except that a bonding pressure on the spacer equal to 100 g/cm was used. The electrical resistance of the separator and spacer is shown in the table below. Example 7 The same procedure as Example 3 was repeated except using a bonding pressure of 200 g/cm. 【table】
図面は、円筒形加熱表面および運転中使用出来
る一組の付属要素を具備する本発明の方法を実施
するのに適当な装置を示す図である。
A…コイル、B…加熱シリンダー、C…支持ロ
ーラ、D…多羽根プーリー、P…プレツサーロー
ラ、R…伝達ローラ、d…シート、f…スペーサ
ーフイラメント、h…セパレータ。
The drawing shows an apparatus suitable for carrying out the method of the invention, comprising a cylindrical heating surface and a set of accessory elements that can be used during operation. A... Coil, B... Heating cylinder, C... Support roller, D... Multi-blade pulley, P... Presser roller, R... Transmission roller, d... Sheet, f... Spacer filament, h... Separator.
Claims (1)
用のセパレータとして使用するのに適した多孔質
シートの製造方法。 (a) 3〜40重量%のセルロース繊維、97〜60重量
%の少なくとも一種の熱可塑性重合体の表面積
が少なくとも1m2/gの小繊維および繊維混合
物に均一に分散され繊維混合物に対して少なく
とも0.1%の非イオン性湿潤剤の混合物を含む
繊維物質のシートを製造する工程、 (b) 上記シートを、重合体の融解温度に等しいか
またはそれより高い温度に圧力を加えることな
く小繊維を融解するのに十分な時間加熱する工
程。 2 小繊維が1〜3mmの長さを有する、特許請求
の範囲第1項に記載の方法。 3 繊維混合物が、15〜55゜SRの叩解度を有す
る、特許請求の範囲第1項に記載の方法。[Scope of Claims] 1. A method for producing a porous sheet suitable for use as a separator for sulfuric acid storage batteries, the method comprising the following steps. (a) 3 to 40% by weight of cellulose fibers, 97 to 60% by weight of at least one thermoplastic polymer having a surface area of at least 1 m 2 /g of fibrils and uniformly dispersed in the fiber mixture; producing a sheet of fibrous material containing 0.1% of a mixture of non-ionic wetting agents; (b) subjecting said sheet to a temperature equal to or higher than the melting temperature of the polymer to form fibrils without applying pressure; The process of heating for a sufficient time to melt. 2. The method according to claim 1, wherein the fibrils have a length of 1 to 3 mm. 3. The method according to claim 1, wherein the fiber mixture has a beating degree of 15 to 55° SR.
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