Un material microporoso y un método de fabricación del mismo.

Un método para producir una lámina microporosa estirada que comprende las etapas de:

proporcionar un polietileno de ultra alto peso molecular (UHMWPE);

proporcionar un material de relleno inerte en partículas;

proporcionar un plastificante de procesamiento

mezclar UHMWPE, material de relleno inerte en partículas y plastificante de procesamiento juntos para formar una mezcla, con una relación en peso de material de relleno inerte a UHMWPE de desde 1:9 a 15:1 en peso;

extrudir dicha mezcla para formar una lámina;

procesar dicha lámina donde el procesamiento se selecciona del grupo que consiste en: calandrado, moldeado o soplado;

extraer todo o parte de dicho plastificante de procesamiento de dicha lámina para producir una matriz que comprende UHMWPE y dicho material de relleno inerte en partículas, distribuyéndose el material de relleno inerte a través de dicha matriz, para producir una lámina de matriz microporosa, teniendo la matriz microporosa una red de poros interconectados que comprende entre 25-90 % en volumen de la misma;

estirar dicha lámina de matriz microporosa en al menos una dirección de estiramiento a una relación de estiramiento de al menos 1,5 para producir una lámina de matriz microporosa estirada; y

calandrar dicha lámina de matriz microporosa estirada.

Un material microporoso y un método de fabricación del mismo Antecedentes de la invención

1. Campo de la invención

La presente solicitud describe una membrana microporosa y un método para fabricar la misma.

2. Descripción de la técnica anterior

Una membrana microporosa que comprende una poliolefina de peso molecular muy alto y un material de relleno inerte se muestra por Larsen, Documento de Patente de los EE.UU. de Número 3.351.495.

Kono et al., en el Documento de Patente de los EE.UU. de Número 4.6.633 muestra una película superdelgada de 1 polietileno y un proceso para la producción de la misma. En este proceso se disuelve un polietileno de peso molecular ultra alto (de aquí en adelante UHMWPE, del inglés ultra high molecular weight polyethylene) en un disolvente y a continuación se extrude para formar una lámina de gel. La lámina de gel a continuación se somete a una primera etapa de extracción para eliminar el disolvente. Después de la primera extracción, la lámina se calienta y se estira. La lámina estirada a continuación se somete a una segunda etapa de extracción para eliminar el disolvente. El producto resultante 15 a continuación se somete a un tratamiento de compresión a una temperatura de 8° a 14° centígrados. Esta referencia no usa un material de relleno inerte en su UHMWPE. La lámina de gel no se calandra antes de la extracción con el disolvente. El producto resultante es una película delgada con un módulo de tracción de al menos 2. kg/cm2, una resistencia a la rotura de al menos 5 kg/cm2 y la misma, está sustancialmente libre de poros.

Schwarz et al., en el Documento de Patente de los EE UU, de Número 4.833.172 muestra un material microporoso 2 estirado. En este proceso se disuelven un UHMWPE y un material de relleno inerte silíceo en un plastificante y a continuación, se extrude para formar una lámina de gel. En este proceso la lámina de gel puede estar opcionalmente calandrada antes de una extracción con disolvente. La lámina de gel a continuación se somete a una extracción con disolvente para eliminar el plastificante. Después de la extracción, a continuación se estira la lámina.

Resumen de la invención

Un método para producir un material microporoso que comprende las etapas de: proporcionar un polietileno de peso molecular ultra alto (en adelante UHMWPE); proporcionar un material de relleno inerte en partículas; y proporcionar un plastificante de procesamiento donde el plastificante de procesamiento es típicamente un líquido a temperatura ambiente. El material de relleno inerte y el UHMWPE y el plastificante de procesamiento se mezclan, la mezcla resultante puede comprender de aproximadamente 1:9 a aproximadamente 15:1 de material de relleno inerte a 3 UHMWPE en peso. La mezcla resultante a continuación se extrude y se procesa inmediatamente (ya sea por calandrado, soplado o moldeado) para formar una lámina. La lámina formada a continuación se somete a una etapa de extracción, en la que se elimina parcialmente (o totalmente) el plastificante. La lámina resultante es una matriz que comprende UHMWPE, aceite (si no se ha extraído totalmente), y el material de relleno inerte. La etapa de extracción produce esta matriz microporosa. La material de relleno inerte se distribuye a través de esta matriz microporosa, 35 constituyendo el material de relleno inerte del 5 por ciento al 95 por ciento en peso de la matriz microporosa. La matriz microporosa tiene una red de poros interconectados que se comunican a través de la matriz microporosa. Los poros constituyen del 25 por ciento al 9 por ciento en volumen de la matriz microporosa. A continuación, se estira esta matriz microporosa. Esto produce una matriz microporosa estirada que no es muy estable dimensionalmente a temperatura elevada. La matriz microporosa estirada a continuación se calandra para producir un material microporoso final con 4 propiedades físicas y estabilidad dimensional muy mejoradas.

Breve descripción de los dibujos

Para el propósito de ilustrar la invención, en los dibujos se muestra información sobre algunas de las realizaciones de la invención; entendiéndose, sin embargo, que esta invención no está limitada a la precisa información que se muestra.

La Figura 1 es un gráfico de los datos obtenidos usando un Porosímetro de mercurio que representa el diámetro de los 45 poros frente al volumen de los poros para una matriz microporosa antes del estiramiento fabricada según las enseñanzas de la técnica anterior;

La Figura 2 es un gráfico de los datos obtenidos usando un Porosímetro de mercurio que representa el diámetro de los poros frente al volumen de los poros para un material fabricado según las enseñanzas de la técnica anterior, donde el estiramiento es uniaxial en la dirección de la máquina;

La Figura 3 es un gráfico de los datos obtenidos usando un Porosímetro de mercurio que representa el diámetro de los poros frente al volumen de los poros para un material fabricado según las enseñanzas de la técnica anterior, donde el estiramiento es un estiramiento biaxial;

La Figura 4 es un gráfico de los datos obtenidos usando un Porosímetro de mercurio que representa el diámetro de los poros frente al volumen de los poros de una membrana fabricada por el procedimiento de la invención, donde el calandrado posterior al estiramiento se realiza a una presión moderada;

La Figura 5 es un gráfico de los datos obtenidos usando un Porosímetro de mercurio que representa el diámetro de los poros frente al volumen de los poros de la membrana fabricada por el procedimiento de la invención, donde el calandrado posterior al estiramiento se realiza a una presión de compresión más alta.

Descripción detallada de la invención

Un método para producir un material microporoso que comprende las etapas de: proporcionar un polietileno de peso molecular ultra alto (de aquí en adelante UHMWPE); proporcionar un material de relleno inerte en partículas; y proporcionar un plastificante de procesamiento donde el plastificante de procesamiento es un líquido a temperatura ambiente. A continuación, el UHMWPE, el material de relleno inerte y el plastificante se describen con mayor detalle. El UHMWPE, el material de relleno inerte y el plastificante se mezclan juntos para formar una mezcla. La mezcla se extrude a través de una boquilla de extrusión (por ejemplo, boquilla de ranura o boquilla de película soplada) para formar una lámina. La lámina se puede procesar de forma adicional, mediante moldeado sobre un rodillo de enfriamiento, o calandrado, o soplado. La lámina calandrada o moldeada a continuación se somete a una etapa de extracción para eliminar parcialmente (o totalmente) el plastificante y formar de ese modo una matriz microporosa. La matriz comprende UHMWPE, plastificante, si no se ha extraído totalmente, y el material de relleno inerte en partículas distribuido a través de la matriz. El material de relleno inerte constituye del 5 por ciento al 95 por ciento en peso de la matriz microporosa. La matriz microporosa tiene una red de poros interconectados que se comunican a través de la matriz microporosa. Los poros constituyen del 25 por ciento al 9 por ciento en volumen de la matriz microporosa. Se estira la matriz microporosa. A continuación, se describe con mayor detalle el proceso de estiramiento. La matriz microporosa estirada no es estable dimensionalmente a temperaturas elevadas. La matriz microporosa estirada se calandra posteriormente para producir el material microporoso final que es estable dimensionalmente incluso a temperaturas elevadas.

El polietileno de peso molecular ultra alto (UHMWPE) se puede definir como un polietileno con una viscosidad intrínseca de al menos aproximadamente 18 decilitros/gramo. En muchos casos, la viscosidad intrínseca es al menos aproximadamente 19 decilitros/gramo. Aunque no hay restricción particular en el límite superior de la viscosidad intrínseca, la viscosidad intrínseca está con frecuencia en el intervalo de desde aproximadamente 18 a aproximadamente 39 decilitros/gramo. Lo más común es una viscosidad intrínseca en el intervalo de desde aproximadamente 18 a aproximadamente 32 decilitros/gramo.

Como se emplea en la presente memoria y en las reivindicaciones, la viscosidad intrínseca se determina mediante la extrapolación a concentración cero de las viscosidades reducidas o de las viscosidades inherentes de varias disoluciones diluidas del UHMWPE donde el disolvente es decahidronaftaleno destilado recientemente al que se ha añadido ,2 por ciento en peso del éster neopentanetetrailo del ácido 3,5-di-terc-butil-4-hidrox¡h¡droc¡nám¡co [Número de Registro CAS 6683-19-8], Las viscosidades reducidas o las viscosidades intrínsecas del UHMWPE se determinan... [Seguir leyendo]

1. Un método para producir una lámina microporosa estirada que comprende las etapas de: proporcionar un polietileno de ultra alto peso molecular (UHMWPE);

proporcionar un material de relleno Inerte en partículas; proporcionar un plastificante de procesamiento

mezclar UHMWPE, material de relleno Inerte en partículas y plastificante de procesamiento juntos para formar una mezcla, con una relación en peso de material de relleno Inerte a UHMWPE de desde 1:9 a 15:1 en peso;

extrudlr dicha mezcla para formar una lámina;

procesar dicha lámina donde el procesamiento se selecciona del grupo que consiste en: calandrado, moldeado o soplado;

extraer todo o parte de dicho plastificante de procesamiento de dicha lámina para producir una matriz que comprende UHMWPE y dicho material de relleno Inerte en partículas, distribuyéndose el material de relleno Inerte a través de dicha matriz, para producir una lámina de matriz microporosa, teniendo la matriz microporosa una red de poros ¡nterconectados que comprende entre 25-9 % en volumen de la misma;

estirar dicha lámina de matriz microporosa en al menos una dirección de estiramiento a una relación de estiramiento de al menos 1,5 para producir una lámina de matriz microporosa estirada; y

calandrar dicha lámina de matriz microporosa estirada.

2. El método para producir una lámina microporosa estirada con propiedades físicas y de estabilidad dimensional mejoradas según la reivindicación 1, donde dicho plastificante de procesamiento se elimina sustancialmente de dicha lámina en la etapa de extracción, con un líquido orgánico de extracción que es un buen disolvente para dicho plastificante de procesamiento, un mal disolvente para el polímero, y más volátil que dicho plastificante de procesamiento; en donde cualquier líquido orgánico de extracción residual se elimina sustancial mente mediante: calor; vapor; y/o agua; y en donde cualquier resto de líquido orgánico de extracción residual y agua residual se eliminan sustancialmente mediante secado antes del estiramiento de dicha matriz microporosa.

3. El método para producir una lámina microporosa estirada según la reivindicación 1, donde dicho material de relleno inerte se selecciona del grupo que consiste esencialmente en: sílice, mica, montmorillonita, caolinita, asbestos, talco, tierra de diatomeas, vermiculita, zeolitas naturales y sintéticas, cemento, silicato de calcio, arcilla, silicato de aluminio, silicato de aluminio y sodio, polisilicato de aluminio, geles de sílice y alúmina, partículas de vidrio, negro de carbón, carbón activado, fibras de carbono, carbón vegetal, grafito, óxido de titanio, óxido de hierro, óxido de cobre, óxido de zinc, óxido de plomo, tungsteno, óxido de antimonio, circonia, magnesia, alúmina, disulfuro de mollbdeno, sulfuro de zinc, sulfato de bario, sulfato de estroncio, carbonato de calcio y carbonato de magnesio.

4. El método para producir una lámina microporosa estirada según la reivindicación 3, donde en la que se selecciona dicho material de relleno inerte del grupo que consiste esencialmente en: sílice, sílice precipitada, gel de sílice, sílice de pirólisis, mica, talco, tierra de diatomeas, negro de carbón, carbones activados, fibras de carbono, óxido de titanio y carbonato de calcio.

5. Un método para producir una lámina microporosa estirada según la reivindicación 1, donde dicha lámina de matriz microporosa se estira biaxialmente la cual tiene una relación de estiramiento en ambas direcciones de estiramiento de al menos aproximadamente 1,5.

6. un método para producir una lámina microporosa estirada según reivindicación 5, donde dicho plastificante de procesamiento se elimina sustancialmente de dicha lámina en la etapa de extracción, con un líquido orgánico de extracción que es un buen disolvente para dicho plastificante de procesamiento, un mal disolvente para el polímero, y más volátil que dicho plastificante de procesamiento; donde cualquier líquido orgánico de extracción residual se elimina sustancialmente mediante: calor; vapor; y/o agua; y donde cualquier resto de líquido orgánico de extracción y agua residual se eliminan sustancialmente mediante secado antes del estiramiento de dicha matriz microporosa.

7. El método para producir una lámina microporosa estirada según la reivindicación 1, donde dicho UHMWPE se mezcla con un polietileno de alta densidad (HD) para producir una mezcla de poliolefinas, donde dicha mezcla de poliolefinas

tiene al menos un 5 % de UHMWPE en peso de dicha mezcla de poliolefinas; donde dicho material de relleno Inerte a dicha mezcla de poliolefinas está en un intervalo de desde 1:9 a 15:1 de material de relleno Inerte a mezcla de poliolefinas en peso y donde dicha matriz comprende UHMWPE y polietileno HD y dicho material de relleno Inerte en partículas se distribuye a través de dicha matriz.

8. El producto producido por el método de la reivindicación 1.

9. El producto producido por el método de la reivindicación 5.

1. El producto producido por el método de la reivindicación 7.

11. Una membrana microporosa producida mediante un proceso de mezclar polietileno de ultra alto peso molecular (UHMWPE), material de relleno inerte y aceite de procesamiento, extrudlr la mezcla, extraer al menos parte de dicho aceite de procesamiento para producir un material precursor, a continuación estirar el material precursor y calandrarlo para tener al menos una reducción del 5 % en el espesor del material precursor estirado, y comprendiendo una mezcla de UHMWPE y material de relleno inerte distribuido a través de la membrana microporosa, donde el material de relleno inerte constituye del 5 por ciento al 95 por ciento en peso de la membrana microporosa, teniendo dicha membrana una matriz microporosa, teniendo la matriz microporosa una red de poros interconectados que comprende entre 25-9 % en volumen de la mezcla, un diámetro promedio de poro no mayor de 1, micrómetro, una resistencia a la tracción en la dirección de la máquina (MD) de más de 25 N/mm2 y una retracción en la dirección de la máquina de menos de 1 %, y donde un cambio en el volumen dividido por el log d para los poros de este material mlcroporoso es menos de 2 cc/g para la totalidad de la distribución de los poros.

12. La membrana microporosa según la reivindicación 11, donde el material de relleno Inerte es sílice, y donde la membrana tiene un tiempo de humectación de menos de 18 segundos.

13. La membrana microporosa según la reivindicación 11 con una resistencia a la tracción en la dirección de la máquina (MD) de más de 35 N/mm2.

14. La membrana microporosa según la reivindicación 11 con una resistencia a la tracción en la dirección de la máquina (MD) de más de 5 N/mm2.

15. La membrana microporosa según reivindicación 11, donde dicho material de relleno Inerte se selecciona del grupo que consiste esencialmente en: sílice, mica, montmorillonlta, caolinita, asbestos, talco, tierra de diatomeas, vermiculita, zeolitas naturales y sintéticas, cemento, silicato de calcio, arcilla, silicato de aluminio, silicato de aluminio y sodio, polisilicato de aluminio, geles de sílice de alúmina, partículas de vidrio, negro de carbón, carbón activado, fibras de carbono, carbón vegetal, grafito, óxido de titanio, óxido de plomo, tungsteno, óxido de hierro, óxido de cobre, óxido de zinc, óxido de antimonio, circonia, magnesia, alúmina, disulfuro de mollbdeno, sulfuro de zinc, sulfato de bario, sulfato de estroncio, carbonato de calcio y carbonato de magnesio.

16. La membrana microporosa según la reivindicación 15, donde dicho material de relleno Inerte se selecciona del grupo que consiste esencialmente en: sílice, sílice precipitada, gel de sílice, sílice de pirólisis, mica, talco, tierra de diatomeas, negro de carbón, carbonos activados, fibras de carbono, óxido de titanio y carbonato de caldo.

17. La membrana microporosa según la reivindicación 11, donde dicho UHMWPE se mezcla con polietileno de alta densidad (HD) para producir una mezcla de poliolefinas, donde dicha mezcla de poliolefinas tiene al menos un 5 % UHMWPE en peso de dicha mezcla de poliolefinas; donde dicho material de relleno Inerte a dicha mezcla de poliolefinas está en un intervalo de desde 1:9 a 15:1 de material de relleno inerte a mezcla de poliolefinas en peso y donde dicha matriz comprende UHMWPE y polietileno HD y dicho material de relleno inerte en partículas se distribuyen a través de dicha matriz.

18. La membrana microporosa según la reivindicación 11, donde dicha membrana microporosa no tiene poros mayores en tamaño de ,5 micrómetros; y donde un tamaño promedio de poro está entre o es igual a ,1 y ,3 micrómetros y dichos poros varían en tamaño más o menos ,2 micrómetros o menos.

19. La membrana microporosa según la reivindicación 11, donde dicho espesor está en un intervalo de 17,8 a 71,1 micrómetros.

2. La membrana microporosa según la reivindicación 11, donde dicha membrana es una membrana estirada.

21. El método para producir una lámina microporosa estirada según la reivindicación 1, en donde el tiempo de humectación de la lámina se mejora en un 5 % o más mediante calandrado para producir al menos una reducción del 5 % en el espesor de la lámina.

22. Una celda electroquímica que comprende: un ánodo;

un cátodo; un electrolito; una carcasa;

un separador, donde dicho separador es una lámina mlcroporosa estirada producida mediante un proceso que tiene una etapa de calandrado post-estiramiento y se fabrica a partir de un material precursor donde dicha lámina microporosa tiene una reducción del espesor del 5 % o más de dicho material precursor;

dicha lámina microporosa comprende: polietileno de ultra alto peso molecular (UHMWPE) y un material de relleno inerte de sílice en partículas distribuidos a través de dicha lámina microporosa;

donde dicho material de relleno inerte constituye del 5 por ciento al 95 por ciento en peso de dicha lámina microporosa;

donde dicha lámina microporosa tiene una red de poros interconectados que se comunican a través de dicha lámina microporosa, constituyendo dichos poros del 25 a 9 por ciento en volumen de dicha lámina microporosa y donde dicha lámina microporosa no tiene poros mayores en tamaño de 1, micrómetro;

dicha lámina microporosa tiene una resistencia a la tracción en la dirección de la máquina (MD) de más de 2 N/mm2; y dicha lámina microporosa tiene un tiempo de humectación de menos de 18 segundos.

23. La celda electroquímica de la reivindicación 22, donde dicha celda electroquímica se selecciona del grupo de: baterías de plomo-ácido, baterías de Edison, baterías de níquel-cadmio, baterías de zinc, baterías de níquel metal hidruro, baterías de óxido de plata, baterías de Leclanché, baterías de magnesio, baterías alcalinas, baterías de mercurio, baterías de mercad, baterías primarias de litio y secundarias de litio, baterías de níquel hidrógeno, baterías de azufre sodio, baterías de sodio níquel cloruro, y pilas de combustible.

24. Una batería de litio según la reivindicación 23, donde dicha batería de litio se selecciona del grupo de: baterías primarias de litio, baterías secundarias de litio, celdas de electrolito líquido orgánico, celdas de electrolito polimérico, celdas de ion litio, celdas de electrolito inorgánico, celdas de aleaciones de litio.

25. Una batería de plomo-ácido según la reivindicación 23, donde dicha batería de plomo-ácido Incluye baterías de plomo-ácido reguladas por válvula y baterías de plomo-ácido selladas.

26. La membrana microporosa según la reivindicación 11, donde dicha membrana microporosa es un separador para una celda electroquímica.

27. El separador de la reivindicación 26, donde dicha celda electroquímica se selecciona del grupo de: baterías de plomo-ácido, baterías de Edison, baterías de níquel-cadmio, baterías de zinc, baterías de níquel metal hidruro, baterías de óxido de plata, baterías de Leclanché, baterías de magnesio, baterías alcalinas, baterías de mercurio, baterías de mercad, baterías primarias de litio y secundarias de litio, baterías de níquel hidrógeno, baterías de sodio azufre, baterías de sodio níquel cloruro, y pilas de combustible.

28. El separador según la reivindicación 27 para dicha batería de litio, donde dicha batería de litio se selecciona del grupo de: celdas de electrolito orgánico líquido, celdas de electrolito polimérico, celdas de Ion litio, celdas de electrolito inorgánico, celdas de aleaciones de litio.

29. El separador según la reivindicación 27 para dichas baterías de plomo-acido que Incluyen a las baterías de plomo- acido selladas y a las baterías de plomo-acido reguladas por válvula.