Бумагоподобный кислотостойкий сепарационный материал и способ его получения Российский патент 2022 года по МПК H01M50/122 H01M50/131 D21H13/40 

Изобретение относится к электротехнической промышленности и может использоваться для изготовления бумагоподобных кислотостойких сепарационных листовых материалов выполняющих роль мембраны в электрохимических ячейках газоанализаторов.

Бумага - сепаратор выполняющая роль мембраны в электрохимических ячейках газоанализаторов должна быть устойчива к концентрированным кислотам. Для получения таких бумаг необходимо задаваться строгими требованиями к качеству бумаги, указанных в таблице 1.

Известны способы получения сепараторов аккумуляторных батарей такие как: патент РФ 2668078 С2, патент RU 2249884 С2, патент США №4112174, патент США №4681802, патент США №4810576, патент США №5091275. Недостатком указанных способов является несоответствие требованиям качества предъявляемых для сепарационных материалов выполняющих роль мембраны в электрохимических ячейках газоанализаторов, указанных в таблице 1.

Известен материал для изготовления капиллярно-пористых деталей систем косвенно-испарительного охлаждения воздуха, содержащий минеральное волокно, в качестве связующего - соль алюминия и поливинилацетатную эмульсию, и добавку (патент РФ 2425919 C1). Недостатками данного материала является его недостаточные: прочность во влажном состоянии и устойчивость к концентрированным кислотам.

Наиболее близким аналогом является бумагоподобный нанокомпозит на основе минеральных волокон и неорганических связующих (патент РФ 2478747 С2), который может быть использован в качестве фильтров для фильтрования газовоздушных сред и жидкостей, а также сепараторов химических источников тока. Основными недостатками данного бумагоподобного материала является несоответствие требованиям качества предъявляемых для сепарационных материалов выполняющих роль мембраны в электрохимических ячейках газоанализаторов, указанных в таблице 1.

Задачей изобретения является разработка способа получения бумагоподобных сепарационных материалов на основе минеральных волокон выполняющих роль мембраны в электрохимических ячейках газоанализаторов, удовлетворяющих техническим требованиям, предъявляемым к ним, таким как регулируемые показателями толщины, массы, прочности при растяжении в сухом и влажном состоянии, впитываемости и кислотостойкости (массовый процент потерь у образцов стекловолокнистого материла, выдержанного в течение 3 суток при комнатной температуре, в серной кислоте плотностью 1,42 г/мл).

Для решения данной задачи предложен способ, включающий в себя процессы аккумулирования стекловолокна, разбавления стекловолокна водой до необходимой концентрации на стадии гидромеханической обработки, роспуска и диспергирования стекловолокна, удаления не волокнистых включений (сортирование), аккумулирования волокнистой массы, разбавления волокнистой массы водой до необходимой концентрации, введения в массу связующих агентов, изготовления кислотостойких сепарационных листовых материалов, путем отлива на сеточном столе бумагоделательной машины, с последующей подпрессовкой и сушкой готового изделия.

Примеры осуществления

Пример 1

Роспуск и диспергирование стеклянных штапельных волокон с номинальным диаметрам 0,25 (МТВ - 0,25) производился в лабораторном гидроразбивателе, при концентрации 0,25%, продолжительность 20 минут, частоте вращения 1200 об/мин. Далее из полученной массы со средней длиной волокна - 5 мм удалялись не волокнистые включения, после этого масса разбавлялась водой до концентрации 0,1%. Для улучшения связеобразования и придания требуемых специальных свойств в массу вводились связующие агенты - полиамидная смола в количестве 0,8% по массе и клей на основе акриловых латексов 10,0% по массе.

Далее производилось формование отливки на динамическом листоотливном аппарате «TechPap».

Сушка и подпрессовка образцов осуществлялась между листами фильтровального картона, выполняющих роль поддерживающего сукна, на лабораторной сушилке «TechPap».

Характеристики полученного материала представлены в таблице 2.

Пример 2

Способ получения бумагоподобных кислотостойких сепарационных материалов выполняющих роль мембраны в электрохимических ячейках газоанализаторов в условиях примера 1, отличающийся тем, что использовались стеклянные штапельные волокна с номинальным диаметром 0,40 (MTB - 0,4).

Характеристики полученного материала представлены в таблице 2.

Пример 3

Способ получения бумагоподобных кислотостойких сепарационных материалов выполняющих роль мембраны в электрохимических ячейках газоанализаторов в условиях примера 1, отличающийся тем, что использовались стеклянные штапельные волокна с номинальными диаметрами 0,25 (MTB - 0,25) и 0,40 (MTB - 0,4) в соотношении 50:50.

Характеристики полученного материала представлены в таблице 2.

Пример 4

Способ получения бумагоподобных кислотостойких сепарационных материалов выполняющих роль мембраны в электрохимических ячейках газоанализаторов в условиях примера 1, отличающийся тем, что использовались стеклянные штапельные волокна с номинальными диаметрами 0,25 (MTB - 0,25), 0,40 (MTB - 0,4) и 0,60 (УТВ - 0,6) в соотношении 30:50:20.

Пример 5

Способ получения бумагоподобных кислотостойких сепарационных материалов выполняющих роль мембраны в электрохимических ячейках газоанализаторов в условиях примера 1, отличающийся тем, что использовались стеклянные штапельные волокна с номинальными диаметрами 0,25 (MTB - 0,25) и 0,40 (MTB - 0,4) в соотношении 70:30.

Расход связующих агентов - полиамидная смола в количестве 1,0% по массе и клей на основе акриловых латексов 10,0% по массе.

Пример 6

Способ получения бумагоподобных кислотостойких сепарационных материалов выполняющих роль мембраны в электрохимических ячейках газоанализаторов в условиях примера 1, отличающийся тем, что использовались стеклянные штапельные волокна с номинальными диаметрами 0,25 (MTB - 0,25) и 0,40 (MTB - 0,4) в соотношении 70:30.

Расход связующих агентов - полиамидная смола в количестве 1,5% по массе и клей на основе акриловых латексов 10,0% по массе.

Характеристики полученного материала представлены в таблице 2.

Предложенный способ позволяет получить бумагоподобные сепарационные материалы с регулируемыми показателями толщины, прочности в сухом и влажном состоянии, впитываемости и кислотостойкости.

Изобретение относится к электротехнической промышленности и может использоваться для изготовления бумагоподобных кислотостойких сепарационных материалов, выполняющих роль мембраны в электрохимических ячейках газоанализаторов. Повышение прочности, впитываемости и кислотостойкости сепарационного материала является техническим результатом изобретения, который достигается за счет того, что бумагоподобный кислотостойкий сепарационный материал представляет собой композицию, содержащие микротонкие стеклянные штапельные волокна со средним диаметром 0,25 мкм и 0,60 мкм, при этом в качестве связующего используются полиамидные смолы и клей на основе акриловых латексов. Способ включает разбавление стекловолокна водой до необходимой концентрации на стадии гидромеханической обработки, роспуск и диспергирование стекловолокна, удаления не волокнистых включений (сортирование), введение в массу связующих агентов, изготовление кислотостойких сепарационных материалов путем отлива на сеточном столе бумагоделательной машины, с последующей подпрессовкой и сушкой готового изделия. 2 н.п. ф-лы, 2 табл., 6 пр.

1. Бумагоподобный кислотостойкий сепарационный материал, преимущественно для мембран электрохимических ячеек газоанализаторов, содержащий минеральное волокно и связующее, отличающийся тем, что в качестве минерального волокна материал содержит стеклянные штапельные волокна с номинальным диаметром 0,25-0,60 мкм, а в качестве связующего полиамидную смолу и клей на основе акриловых латексов, при следующем соотношении компонентов, в мас.%:

стеклянные штапельные волокна 74-94,8 полиамидная смола 0,2-1,5 клей на основе акриловых латексов 5,0-15,0

2. Способ изготовления мембраны из бумагоподобного кислотостойкого сепарационного материала по п. 1, преимущественно для электрохимических ячеек газоанализаторов, включающий разбавление стекловолокна водой на стадии гидромеханической обработки, роспуск и диспергирование стекловолокна, удаление сортировкой не волокнистых включений, разбавления волокнистой массы водой, введение в массу связующих агентов на основе акриловых латексов и полиамидных смол, отлив мембраны на сеточном столе бумагоделательной машины с последующей подпрессовкой и сушкой готового изделия.