聚乙烯醇水溶纖維的水溶狀態及其對堿錳電池隔膜性能的影響

范玉敏 李紅祝 李榮年 湯人望 王 虹

(浙江省普瑞科技有限公司，浙江省特種纖維紙基功能材料技術研究重點實驗室，杭州，311215)

聚乙烯醇水溶性纖維(以下簡稱 PVAF)具有理想的水溶性、黏接強度和良好的耐堿性，溶于水后無毒、無味，水溶液呈無色透明狀，對環境不產生有害影響［1-3］。隔膜干燥時PVAF能在纖維之間形成有效的黏接［4-5］，是生產堿錳電池隔膜較理想的纖維狀黏接劑。

在堿錳電池隔膜生產過程中，發現在相同的工藝條件下，采用不同批次的PVAF生產的隔膜會出現強度和吸堿率波動的情況。為了解不同批次的PVAF在同一水溫下的纖維形態是否存在差異，以便為堿錳電池隔膜的生產工藝控制提供參考，本試驗對兩種不同批次的原料在同一溫度下的水溶狀況進行了對比，同時探討了其對隔膜性能的影響。

1 試驗部分

1.1 原料

PVAF ，1.1 dtex×3 mm，標稱水溶溫度70 ℃。批號 130108，記為 PVAF-1;批號 130210，記為PVAF-2。

1.2 儀器與設備

BK5000光學顯微鏡，重慶奧特光學儀器有限公司;DCP-KZ300A(R)電腦測控抗張試驗機，四川長江造紙儀器有限責任公司;J-XSL200紙張吸水率測定儀，四川長江造紙儀器有限責任公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 水溶溫度的測試

纖維水溶溫度的測試參照生產商提供的出廠檢驗方法進行：稱取3 g絕干的PVAF樣品，放入500 mL燒杯中，加入300 mL蒸餾水，在水浴鍋中加熱，用水銀溫度計監測溫度，升溫速度控制為1℃/min;觀察纖維在水中的溶解狀況，讀取水溶液透明時的溫度即為水溶溫度。做兩次平行試驗，取算術平均值。

1.3.2 纖維形態對比試驗

用光學顯微鏡觀察不同水溫下PVAF的形態，比較相同水溫下兩個批號PVAF的形態，并測量纖維直徑。

1.3.3 抄制堿錳電池隔膜

應用不同批次的PVAF抄制堿錳電池隔膜。

1.4 性能測試

(1)隔膜的面密度按GB/T451.2—2002《紙和紙板定量的測定》方法進行。

(2)隔膜的厚度按GB/T451.3—2002《紙和紙板厚度的測定》方法進行。

(3)隔膜的抗張強度按GB/T12914—2008《紙和紙板抗張強度的測定》方法進行。

(4)隔膜的伸縮率按GB/T459—2002《紙和紙板伸縮性的測定》方法進行。

(5)隔膜的吸堿率按GB/T461.3—2005《紙和紙板吸水性的測定(浸水法)》方法進行。

(6)隔膜的吸堿速度按 GB/T461.1—2002《紙和紙板毛細吸液高度的測定(克列姆法)》方法進行。

2 結果與討論

2.1 PVAF水溶溫度測試結果

測得PVAF-1水溶溫度為70℃，PVAF-2水溶溫度為75℃，均在標準范圍70～80℃內。在測試過程中，PVAF懸浮液隨著溫度的提高，顏色逐漸變淺。溫度升至60℃時懸浮液明顯變淺，65℃變為有透明感的乳白色。在約70℃時懸浮液的顏色進一步變淺，PVAF-1試樣肉眼已經觀察不到細小纖維，液體呈透明狀;PVAF-2試樣肉眼還能看見部分細小纖維，在之后5℃內試樣肉眼觀察呈透明狀。

2.2 同一溫度下纖維形態的對比結果

圖1是顯微鏡觀察到的55～85℃水中PVAF的纖維形態照片，表1給出了隨著水溫的升高，兩個批次PVAF的直徑變化。

圖1和表1顯示了隨著水溫的升高，纖維吸水潤脹后尺寸、形態的變化情況。在低于55℃時，兩批次纖維的形態沒有太大的區別，直徑的變化也不大;當溫度達到65℃時，可明顯地看出纖維直徑增大，顏色變淺;當溫度升至75℃時，纖維接近透明狀，且直徑增大到25℃時的2～3倍;在80℃時直徑可以增大到25℃時的3～4倍，之后5℃內迅速溶解。通過顯微鏡照片可以看出：PVAF的溶程比較長，但是纖維在最后的5℃內都能迅速溶解;在65～75℃之間，PVAF-1和PVAF-2區別明顯，PVAF-1開始潤脹程度高，直徑明顯大于PVAF-2;85℃時，PVAF-2仍有部分未完全溶解的膠狀物，而PVAF-1基本全部溶解。由此可見，不同批次的PVAF的水溶溫度雖然均在標準范圍內，但是纖維水溶過程中形態、尺寸有一定的差異。

2.3 不同批次PVAF對隔膜性能影響

表2是應用兩種不同批次的PVAF抄制堿錳電池隔膜的性能參數。水溶溫度高的PVAF-2抄制的隔膜比水溶溫度低的PVAF-1抄制的隔膜縱向抗張強度低35%，吸堿率高5%，吸堿速度高8% 。主要原因是PVAF水溶溫度高，干燥前發生潤脹溶解的PVAF較少，導致干燥時發揮黏結作用的PVAF減少，使隔膜強度降低，結構變得疏松，吸堿性能相對較高。

圖1 PVAF在不同溫度水中的形態

表1 不同水溫下的PVAF直徑 (單位：μm)

表2 不同批次PVAF對隔膜性能的影響

3 結論

(1)不同批次的PVAF的水溶溫度和水溶狀態存在一定的差異性，會導致用其抄制的堿錳電池隔膜的強度、吸堿率出現一定的波動。用水溶溫度高的PVAF-2抄制的堿錳電池隔膜的抗張強度低，吸堿率高，吸堿速度高。

(2)建議生產隔膜時采用測試PVAF水溶溫度和顯微鏡觀察水溶狀態相結合的方法，根據纖維對溫度的敏感性適當調整干燥工藝。

［1］曲玲玲，趙傳山.對聚乙烯醇纖維改性改善成紙性能的研究［J］.上海造紙，2007，38(1)：15.

［2］何云，劉斌，梁明江，等.PVA纖維在造紙業的應用淺析［J］.四川紡織科技，2004(1)：36.

［3］吳李國.PVA纖維的應用現狀及進展［J］.現代紡織技術，2001，9(4)：52-54.

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［5］王宜，張文娜，梁云，等.水溶性PVA纖維的黏結狀態及其對隔膜紙性能的影響［J］.造紙科學與技術，2009，28(5)：42-45.