DE1496123B2

DE1496123B2 - Batteriescheider auf Basis eines porösen Polyolefins und Verfahren zu dessen Herstellung

Info

Publication number: DE1496123B2
Application number: DE19641496123
Authority: DE
Inventors: Donald Wayne Bowie; Kehr Clifton Leroy Ednor; Larsen Md. (V.St.A.)
Original assignee: WR Grace and Co
Current assignee: WR Grace and Co
Priority date: 1963-08-07
Filing date: 1964-08-06
Publication date: 1970-12-17
Also published as: DE1496123A1; GB1078895A; FR1515826A

Description

Bei Akkumulatoren und Batterien mit sauren oder alkalischen Elektrolyten, wie beispielsweise bei den Blei-Schwefelsäure-Akkumulatoren und den alkalischen Silber-Cadmium-Sammlern, werden Batteriescheider verwendet, um einen direkten Kontakt zwischen den entgegengesetzt geladenen Platten zu verhindern, wobei jedoch der elektrolytische Stromtransport unbehindert bleiben muß. Batteriescheider für Säureakkumulatoren bestehen im allgemeinen aus einem Bogen oder einer Bahn, die mindestens an einer Seite mit Rippen versehen ist, während die Scheider für alkalische Akkumulatoren gewöhnlich ein dünner Bogen oder eine Folie sind. Es ist bereits bekannt, für die Herstellung derartiger Batteriescheider poröse Kunstharze, z. B. mikroporöse Polyolefine, zu verwenden.

Erfindungsgemäß wird nun ein Batteriescheider mit einer im wesentlichen flachen Oberfläche vorgeschlagen, der ein mikroporöses Polyolefin enthält und dadurch gekennzeichnet ist, daß er im wesentlichen aus einem homogenen Gemisch von 40 bis 100 Volumprozent eines mikroporösen Polyolefins mit einem Standardbelastungs-Schmelzindex von 0, 0 bis 60 Volumprozent eines inerten festen Füllstoffes und 0 bis 40 Volumprozent Weichmacher besteht.

Zur Herstellung der erfindungsgemäßen Batteriescheider wird ein Verfahren vorgeschlagen, bei welchem eine polymere mikroporöse Polyolefinmischurig zu einer Bahn mit mindestens einer im wesentlichen flachen Oberfläche verformt wird und das dadurch gekennzeichnet ist, daß man zur Herstellung der Mischung eine aus mindestens 5 Volumprozent eines mikroporösen Polyolefins mit einem Standardbelastungs-Schmelzindex von 0 mindestens 30 Volumprozent eines Weichmachers und gegebenenfalls einen inerten Füllstoff miteinander vermischt und eine solche Menge des Weichmachers und/oder des Füllstoffes aus der aus der Mischung hergestellten Bahn extrahiert, daß ein poröser Batteriescheider der in Anspruch 1 angegebenen Zusammensetzung erhalten wird.

Die Erfindung beruht auf der Entdeckung, daß Batteriescheider aus mikroporösen Polyolefinen mit sehr hohem Molekulargewicht eine bessere Dehnbarkeit und deshalb auch eine erhöhte Flexibilität sowie ferner eine größere Widerstandsfähigkeit gegen eine Rißbildung unter Spannung als bekannte Batteriescheider aus Polyolefinen niedrigen oder mittleren Molekulargewichts besitzen.

Die mikroporösen Batteriescheider gemäß der Erfindung weisen den erforderlichen Mindestwiderstand sowie gleichzeitig eine brauchbare Zugfestigkeit und Porosität auf.

Ein bequemes Maß für das Molekulargewicht von Polyolefinen ist der Standardbelastungs-Schmelzindex (SLMI), der gemäß der ASTM-Norm G 1238-57 T (Bedingung E) bestimmt wird, wobei das Polymere mit Hilfe eines Kolbens aus der Schmeze extrudiert wird, wobei die Belastung des Kolbens 2160 g beträgt. Die Extrudiergeschwindigkeit in Gramm Extrudat je 10 Minuten ist der Schmelzindex. Je niedriger der Schmelzindex ist, um so höher ist das Molekulargewicht des Polymeren. Der Hochbelastungs-Schmelzindex (HLMI) wird nach der ASTM-Norm D1238-57 T (Bedingung F) unter einer Belastung von 21 600 g bestimmt.

Die Beziehung zwischen dem Molekulargewicht, dem Standardbelastungs-Schmelzindex und der Viskosität für eine Anzahl von Polyäthylene ist wie folgt:

Schmelz index unter Stan dardbelastung	Reduzierte spezifische Viskosität^	Intrinsik- viskosität [W)	Molekular gewicht M °)
0,0 0,2 0,7	4,5 2,85 2,2	4,1 2,68 2,1	282,000 158,000 112,000

^a) 0,1 Gewicht/Volumprozent Lösung in Decahydronaphthalin bei 135⁰C unter Verwendung eines Kapillar-Viskosimeters.

^b) R. H. H ο r ο w i t ζ und R. W. P e η n, W. R. Grace Research Report RES 62-193, Tabelle I.

^c) [R]<2 = 6,2 · 10-" M 0,70 (Journal of Polymer Science, 36, S. 91, 1959).

Die Batteriescheider können mit Rippen versehen sein, welche aus verschiedenen Polymermischungen geformt werden können, wie beispielsweise einer Mischung gemäß Zusammensetzung des Batteriescheiders, aus geschäumten Polypropylen oder Polyäthylen, aus einem geschäumten und mit Füllstoffen versehenen Polyvinylchlorid oder einem geschäumten und mit Füllstoffen versehenen Polyäthylen.

Die Verwendung von anorganischen Füllstoffen und Streckmitteln ist für Kautschukarten und andere Harze allgemein bekannt. Die meisten Versuche, derartige Füllstoffe zum Strecken von Polyolefinen zu verwenden, schlugen jedoch wegen der erhöhten Kristallinität fehl, da die erhaltenen Produkte zu spröde sind, um als allgemein brauchbare Harze oder als Ausgangsmischungen verwendet zu werden. In den britischen Patentschriften 1 044 502 und 1 044 028 sind preiswerte Gemische von Füllstoffen mit Polyolefinen beschrieben, bei denen in überraschendem Maße die Flexibilität, Schlagfestigkeit und Festigkeit der Ausgangspolymeren unverändert erhalten ist; derartige Mischungen werden zur Herstellung von Batteriescheidern gemäß Erfindung verwendet.

Das erfindungsgemäß verwendete Polyolefin muß im wesentlichen in den verwendeten Lösungsmitteln und auch bei den Temperaturen unlöslich sein, die zum Extrahieren der Weichmacher oder Füllstoffe aus den Polyolefin-Füllstoff-Weichmacher-Mischungen verwendet werden. Eine derartige Unlöslichkeit oder Inertheit gegenüber der Einwirkung von Lösungsmitteln wird durch den kristallinen Gehalt oder durch eine sorgfältige Auswahl des beim Extrahieren verwendeten Lösungsmittels ermöglicht. Teilweise kristallines PoIyäthylen und isotaktisches Polypropylen sind besonders gut geeignet, da sie in üblichen Kohlenwasserstofflösungsmitteln und anderen organischen und wäßrigen Lösungsmitteln bei niedrigen Temperaturen im wesentlichen unlöslich sind.

In die erfindungsgemäßen Mischungen werden vorzugsweise übliche Stabilisatoren eingebaut, um eine thermische und oxydative Zersetzung der Polyolefinbestandteile zu verhindern. Typische derartige Stabilisatoren sind 4,4 - Thiobis - (6 -1. - butyl - m - cresol) und 2,6-Di-t-butyl-4-methylphenol.

Das Polyolefin kann ein Gemisch aus einem hochmolekularen Polyolefin mit einem Standardbelastungs-Schmelzindex von 0 und einem damit verträglichen niedermolekularen Polyolefin mit einem Standardbelastungs-Schmelzindex von mehr als 0 sein. Es kann jede Menge an niedermolekularem Polyolefin verwendet werden, solange diese Menge nicht den Standardbelastungs-Schmelzindex des Polyolefingemisches über

3 4

O steigert. Gewöhnlich beträgt der Standardbelastungs- philen Füllstoffen, wie Siliciumdioxid, leichter durch Schmelzindex des niedermolekularen Polyolefins etwa den Elektrolyten benetzt als Batteriescheider mit hy-0,1 bis 5. Typische nieder- und hochmolekulare Poly- drophoben Füllstoffen wie Ruß oder als Batterieolefine, die für diesen Zweck verwendet werden können, scheider ohne Füllstoff. In diesen Fällen können übsind Polyäthylen, Polypropylen, Polybuten, Äthylen- 5 liehe Netzmittel, wie Natriumalkylbenzolsulfonat, Propylen - Mischpolymere, Äthylen - Buten - Misch- Natriumlaurylsulfat und Isooctylphenyl-polyäthoxypolymere, Propylen - Buten - Mischpolymere und äthanol, verwendet werden. Sie können ebenfalls einÄthylen - Propylen - Buten - Mischpolymere. Vorzugs- gesetzt werden, um die Benetzbarkeit der Füllstoffe weise sind beide Polyolefine Polyäthylen. vor dem Einarbeiten derselben in die Mischung zu ver-

Der Füllstoff soll in dem Weichmacher nicht löslich io bessern.

sein, da er im wesentlichen dazu dient, den Weich- Die Weichmacher verbessern die Verarbeitbarkeit macher zu absorbieren und in der Mischung zu halten. der Mischung, d. h., sie erniedrigen die Schmelzvisko-Die Fähigkeit der Füllstoffteilchen, den Weichmacher sität oder verringern die aufzuwendende Energie beim in der Mischung zu absorbieren und festzuhalten, ist Mischen und Herstellen der Mischung; da der Weichproportional zu deren Oberfläche, die wiederum von 15 macher weiterhin der Bestandteil ist, der sich am leichder Teilchengröße und Porosität abhängt. Im all- testen aus der Polymer-Füllstoff-Weichmacher-Migemeinen beträgt die Größe der Füllstoffteilchen etwa schung entfernen läßt, ist er zur Erzielung der Porosität 0,01 bis 10 μ im Durchmesser, je nach Art des porösen des Batteriescheiders besonders wichtig. Der Weich-Charakters der Füllstoffe. Die Oberfläche der Füllstoffe macher kann in Wasser löslich oder unlöslich sein, kann 30 bis 950 m²/g betragen, obwohl ein Ober- 20 Wasserunlösliche Weichmacher sind beispielsweise flächen wert von mindestens 100 m²/g bevorzugt wird. organische Ester, wie die Sebacate, Phthalate, Stearate,

Der Füllstoff kann in Wasser löslich oder unlöslich Adipate und Citrate, ferner Epoxyverbindungen, wie sein. Als wasserunlösliche Füllstoffe können unter epoxydierte pflanzliche Öle, Phosphatester wie Trianderem Ruß, Kohlenstaub und Graphit, Oxide und cresylphosphat, Kohlenwasserstoffe, wie Erdöl, Wachs, Hydroxide des Siliciums, Aluminiums, Calciums, 25 Kohlenwasserstoffharze und Asphalt, sowie reine VerMagnesiums, Bariums, Titans, Eisens, Zinks und bindungen, wie Eicosan, ferner niedermolekulare PolyZinns sowie Carbonate, wie Calcium- und Magnesium- mere, wie Polyisobutylen, Polybutadien, Polystyrol, carbonat, verwendet werden; ferner können minera- ataktisches Polypropylen, Äthylen-Propylen-Kaulische Füllstoffe, wie Glimmer, Montmorillonit, Kao- tschuk, Äthylen-Vinylacetat-Mischpolymere, oxydierlin, Attapulgit, Asbest, Talk, Diatomeenerde und 30 tes Polyäthylen, Cumaron-Inden-Harze und Terpen-Vermiculit, ferner synthetische und natürliche Zeo- Harze, Tallöl und Leinöl.

lithe, Portland-Zement, gefällte Silikate, wie Calcium- Wasserlösliche Weichmacher sind beispielsweise

silikat und Aluminiumpolysilikat, sowie Tonerde, Äthylenglykol, Polyäthylenglykol, Polypropylenglykol,

Kieselsäuregele, Holzmehl, Holzfasern und Borken- Glyzerin und Äther und Ester derselben, ferner Alkyl-

produkte, Glasteilchen, z. B. Kügelchen und hohle 35 phosphate wie Triäthylphosphat, Polyvinylalkohol,

Kügelchen von mikroskopischer Größe, Glasflocken Polyacrylsäure und Polyvinylpyrrolidon,

und Glasfasern und schließlich Salze, wie Molybden- Wenn ein Weichmacher verwendet wird, der sich

disulfid, Zinksulfid und Bariumsulfat, zugesetzt werden. während des Extrahierens nicht aus der Mischung ent-

AIs wasserlösliche Füllstoffe können beispielsweise fernen läßt, sondern einen Teil des Batteriescheiders

anorganische Salze, wie Natrium-, Kalium- und 40 bildet, so trägt dieser zur Flexibilität und starken Dehn-

Calciumchlorid, Natrium-, Kalium-, Calcium-, Kup- barkeit bei und macht den Batteriescheider wider-

fer- und Bariumacetat, Natrium-, Kalium- und CaI- standsfähig. Es gibt zahlreiche wasserunlösliche, nor-

ciumsulfate, Natrium- und Kaliumphosphate, Na- malerweise feste Weichmacher, welche hinreichend

trium- und Kaliumnitrate, Natrium- und Kalium- inert sind und einen Teil des Batteriescheiders bilden

carbonate und Zucker verwendet werden. " 45 können. Typische Beispiele für diese Weichmacher

Wenn der Batteriescheider nichtextrahierte Füll stoffe sind Polyisobutylen, Polybutadien, Polystyrol, atak-

enthält und in alkalischen Batterien verwendet werden tisches Polyäropylen, Äthylen-Propylen-Kautschuk

soll, müssen in Alkali unlösliche Füllstoffe verwendet und Äthylen-Vinylacetat-Mischpolymere. Im allge-

werden. Entsprechend müssen in Säurebatterien Füll- meinen können derartige Weichmacher in Mengen bis

stoffe verwendet werden, die in Säuren unlöslich sind. 50 zu 40 Volumprozent des Batteriescheiders verwendet

Selbstverständlich können neutrale Füllstoffe, welche werden.

weder mit dem sauren noch dem alkalischen Elektro- Die genaue Zusammensetzung der Ausgangs-Iyten reagieren, für beide Sammlertypen verwendet mischung hängt von der für den fertigen Batteriewerden. Derartige neutrale Füllstoffe sind Ruß, Koh- scheider angestrebten Zusammensetzung sowie von lenstaub, Graphit und Bariumsulfat. Alkaliunlösliche 55 dem oder den extrahierten Bestandteil(en) ab. Wenn Füllstoffe sind Oxide, Hydroxide und Carbonate des der gesamte Weichmacher und der inerte Füllstoff von Calciums, Magnesiums, Bariums und Eiesens; ein der geformten Zusammensetzung abgetrennt werden, säureunlöslicher Füllstoff ist Siliciumdioxid. besteht der mikroporöse Batteriescheider ausschließ-

Aus wirtschaftlichen Gründen und wegen der lieh aus Polyolefin mit einem Standardbelastungsbesseren Verarbeitbarkeit und Wirksamkeit im End- 60 Schmelzindex von 0. Die Ausgangsmischung kann produkt wird feinverteiltes Siliciumdioxod als Füllstoff jede beliebige Menge an Weichmacher (oberhalb von bevorzugt, es sei denn, der Batteriescheider mit rieht- 30 Volumprozent) oder Füllstoffen (bis zu 65 Volumextrudiertem Füllstoff soll in einem alkalischen Elek- prozent) enthalten, falls diese vollständig oder so trolyten Verwendung finden.. Batteriescheider mit der- weitgehend extrahiert werden, daß der Gehalt an Füllartigen Füllstoffen haben eine gute Porengröße und 65 stoffen 60% und die Menge an Weichmacher 40 Volumeine geeignetes Porenvolumen; sie sind ferner leicht prozent, jeweils bezogen auf das Endprodukt, nicht durch den Elektrolyten benetzbar. überschreiten. Falls der Füllstoff gar nicht, der Weich-

Im allgemeinen werden Batteriescheider mit hydro- macher jedoch vollständig extrahiert wird, so sollte die

Ausgangsmischung nicht mehr als 1,5 Volumteile Füllstoff je Volumtei] Polyäthylen enthalten. Die Füllstoffmenge in der Ausgangsmischung beträgt normalerweise mindestens 5 °/₀. Falls der Füllstoff nicht extrahiert wird, kann die Ausgangsmischung nicht mehr als 42 °/o Füllstoff enthalten, doch kann der Gehalt beispielsweise bis zu 60% betragen, wenn der Füllstoff teilweise oder vollständig extrahiert wird. Im allgemeinen hängt die jeweils verwendete Füllstoffmenge

Polyolefin	Füllstoff	Weichmacher
Volumprozent	Volumprozent	Volumprozent
20	20	60
20	15	65
17	18	65
15	15	70
10	15	75

Füllstoffen versehenem Polyvinylchlorid oder geschäumtem, mit Füllstoffen versehenem Polyäthylen hergestellt. Unter geschäumtem Polyäthylen und Polypropylen wird ein Polyolefin verstanden, welches 5 auf übliche Weise aufgeschäumt worden ist, indem man das Material z. B. trocken mit einem Blähmittel, wie Azobisfonnamid und Zinkstearat, mischt, pelletiert und bei etwa 190⁰C durch Extrudieren aufschäumt. Die geschäumten, mit Füllstoff versehenen Polyolefine

von dessen Oberflächengröße und der eingesetzten io oder Polyvinylchloride sind Polymere, welche trocken Weichmachermenge ab. Beispiele für besonders bevor- mit einem Blähmittel und einem Füllstoff, wie Ruß zugte Zusammensetzungen für die Ausgangsmischun- oder anderen Füllstoffen, gemischt worden sind, gen sind die folgenden: worauf das trockene Gemisch pelletiert und aufgeschäumt wird. Das für die Rippen verwendete PoIy-15 äthylen braucht nicht das gleiche Polyäthylen zu sein, wie es für den Bogen oder die Bahn verwendet wird; es kann ein niedrigeres Molekulargewicht und eine geringere Dichte haben und sich leichter zu Rippen verformen lassen. Wenn die Rippen und die Bahn 20 des Batteriescheiders aus dem gleichen Material bestehen, so können diese als ein einheitliches Produkt extrudiert werden. Wahlweise kann man die Rippen auch dadurch herstellen, daß man die Bahn durch zwei Die obigen Mengenverhältnisse beruhen auf den Prägewalzen führt, so daß sich die Rippen einstückig Verarbeitungsanforderungen der Mischung, den erfor- 25 mit der Bahn bilden. Die Bahn kann mit Lösungsmittel derlichen physikalischen Eigenschaften des Endpro- extrahiert werden, bevor sie durch diese Prägewalzen duktes und dem Preis der Mischung. Die angegebenen geführt wird.

Zusammensetzungen wurden als gut befunden. Die Anbringung von getrennten Rippen kann

Eine besonders bevorzugte Mischung besteht im dadurch erfolgen, daß man diese auf bekannte Weise wesentlichen aus Polyäthylen mit einem Standard- 30 mit der Unterlage verbindet, z. B. durch Wärme verbelastungs-Schmelzindex von 0 und mindestens 50 Ge- schweißt, oder mittels eines Klebstoffes. Die Rippen wichtsprozent kristallinem feinverteiltem Silicium- können auf die Bahn vor oder nach dem Extrahieren dioxid und Petroleumöl. mit Lösungsmittel aufgebracht werden, da festgestellt

Die einzelnen Komponenten können auf übliche wurde, daß die physikalischen Eigenschaften des Weise gemischt werden, so daß sich eine im wesent- 35 Batteriescheiders nicht nachteilig beeinflußt werden, liehen gleichförmige Mischung ergibt. Um eine be- werden, wenn nach dem Anbringen der Rippen sonders gleichmäßige Mischung zu erhalten, können extrahiert wird.

die Kompnenten bei Zimmertemperatur in einem Das Extrahieren selbst und das hierbei verwendete

Mischer vorgemischt werden. Die trockenen Mischun- Extraktionsmittel hängt von der zu extrahierenden gen aus Polyolefin, Füllstoff und Weichmacher werden 40 Komponente ab. Wenn beispielsweise nur der Weichdann in einem üblichen Mischer, beispielsweise in macher oder der Füllstoff extrahiert werden soll, so einem Banbury-Mischer, aufgeschmolzen oder auf kann mit einer Einstufenextraktion gearbeitet werden, einem üblichen Zweiwalzenstuhl in der Schmelze ho- Wenn sowohl Weichmacher als auch Füllstoff extramogenisiert. hiert werden sollen, so kann eine zweistufige Extrak-

Nach entsprechender Homogenisierung wird die 45 tion erforderlich sein. Eine mehrstufige Extraktion ist Mischung formgepreßt oder auf übliche Weise ver- auch dann eventuell notwenig, wenn zwei oder mehrere formt, z. B. durch Extrudieren, Kalandern, Form- unterschiedliche Weichmacher oder Füllstoffe in der spritzen oder Druckformen. gleichen Mischung verwendet werden.

Mit der Bezeichnung »Bogen« wird im folgenden ein Je nach dem zu extrahierenden Bestandteil sind

einheitliches Produkt, nämlich ein Batteriescheider, 5° zahlreiche verschiedene Extraktionslösungsmittel geweicher aus einer Bahn oder Unterlage und mehreren eignet, vorausgesetzt, daß das Lösungsmittel oder die Rippen besteht, verstanden. Wie später noch erläutert, Extraktionsbedingungen so gewählt werden, daß das können die Bahn und die Rippen aus gleichem oder Lösungsmittel oder die Extraktionsbedingungen so verschiedenem Material bestehen. Mit der Bezeichnung gewählt werden, daß das Polyolefin im wesentlichen »Film« oder »Folie« wird ein Batteriescheider bezeichnet, 55 unlöslich ist. Wenn beispielsweise Petroleumöl aus welcher keine Rippen besitzt und sehr dünn sein kann. den geformten Massen extrahiert werden soll, können Eine derartige Folie ist besonders für alkalische die folgenden Lösungsmittel verwendet werden: Batterien geeignet, wobei die Folie eine Dicke von chlorierte Kohlenwasserstoffe, wie Trichloräthylen, 0,13 mm oder weniger besitzt. Mit der Bezeichnung Tetrachloräthylen, Kohlenstofftetrachlorid, Methylen- »im wesentlichen flache Oberfläche« werden allgemein 60 chlorid, Tetrachloräthan, und Kohlenwasserstoff-Bögen und Folien für Batteriescheider, die sowohl für lösungsmittel, wie Hexan, Benzol, Petroläther, Toluol, saure als auch alkalische Batterien geeignet sind, Cyclohexan oder Gasolin. Wenn Polyäthylenglykol bezeichnet. extrahiert werden soll, so kann man zum Extrahieren

Die Rippen der Batteriescheider können auch auf Wasser, Äthanol, Methanol oder Aceton verwenden, übliche Weise hergestellt werden. Zur Kostenersparnis 65 Wenn feinverteiltes Siliciumdioxid extrahiert werden bei der Herstellung werden die Rippen vorzugsweise soll, so kann mit wäßrigem oder alkoholischem aus der gleichen Mischung wie die Bahn oder aus Natriumhydroxid oder Kaliumhydroxid oder mit geschäumtem Polypropylen, geschäumtem und mit Flußsäurelösung gearbeitet werden. Im allgemeinen

können Säuren, wie Salzsäure, zum Extrahieren von Metalloxiden und Metallcarbonaten eingesetzt werden. Die Extraktionstemperatur kann zwischen Zimmertemperatur und der Schmelztemperatur des Polyolefins liegen, vorausgesetzt, daß sich das Polyolefin nicht auflöst.

Die Extraktionszeit hängt von der betreffenden Temperatur und der Art des zu extrahierenden Weichmachers oder Füllstoffs ab. Wenn beispielsweise bei höherer Temperatur gearbeitet wird, so kann die Extraktionsdauer für ein niedrigviskoses Öl nur einige Minuten betragen, während bei einer Extraktion bei Zimmertemperatur die zum Herauslösen eines polymeren Weichmachers erforderliche Zeit in einer Größenordnung von einigen Stunden liegt.

Ein besonders bevorzugter Batteriescheider besteht aus 40 bis 60 Volumprozent Polyolefin mit einem Standardbelastungs-Schmelzindex von 0 und 40 bis 60 Volumprozent inertem Füllstoff.

Die erfindungsgemäßen mikroporösen Batteriescheider haben eine Porengröße, welche im allgemeinen kleiner als 1 μ im Durchmesser ist, wobei vorzugsweise mehr als 50 % der Poren einen Durchmesser von 0,5 μ oder weniger besitzen. In den meisten Fällen sind mindestens 90°/₀ der Poren im Durchmesser kleiner als 0,5 μ.

Sofern nicht anders angegeben, wurden die Porengröße und das Porenvolumen nach der Quecksilbereindringmethode von Ritter und Drake, Ind. Eng. Chem., Anal. Ed., 17, S. 787 (1945), bestimmt. Nach diesem Verfahren wird Quecksilber in die verschieden großen Poren hineingepreßt, indem man den auf das Quecksilber ausgeübten Druck verändert; bei niedrigem Druck werden die großen Poren und bei höheren Drücken die kleineren Poren gefüllt. Das gesamte Porenvolumen wird dann bestimmt, und die Porenvolumenverteilung wird berechnet aus der Quecksilbermenge in den verschieden großen Poren. Eine derartige Bestimmung kann mit einem handelsüblichen Quecksilberporosimeter (Aminco-Winslow ίο Porosimeter) durchgeführt werden. Der Durchmesser der unter einem bestimmten Druck von Quecksilber gefüllten Poren entspricht der folgenden Gleichung:

D =

12,25

in welcher D der Durchmesser der Poren in μ und P der absolute Druck in kg/cm² ist. Gemäß dieser Gleichung sind. 24,5 kg/cm² erforderlich, ■ um Quecksilber in Poren mit einem Durchmesser von 0,5 μ hineinzupressen. Da Drücke von mehr als 24,5 kg/cm² einige Poren zusammenpressen können und die erfindungsgemäß hergestellten Proben komprimieren, können Poren mit einem Durchmesser von weniger als 0,5 μ nach diesem Verfahren nicht genau bestimmt werden. Die Quecksilbereindringwerte wurden bei handelsüblichen Batteriescheidern aus den verschiedensten Materialien mit den entsprechenden Werten für erfindungsgemäß hergestellte Batteriescheider verglichen. Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle zusammengestellt.

Tabelle

	mikroporöses	Quecksilbereindringtiefe in Batteriescheidern	Volumprozent der Poren	Polyäthylen zellulose	Beispiel 1	Beispiel 5
	Polyvinyl chlorid		gesintertes
		Kautschuk-	Polyvinyl chlorid	0	25,0	11,9
	0	Kieselsäure- Hydrogel		0,5	33,9	27,0
Porendurchmesser μ	1,05		0	0,5	26,8'	53,8
0,035 bis 0,05	0	3,6	1,2	0,5	7,1	2,3
0,05 bis 0,1	1,05	5,1	1,2	0,5	1,8	1,1
0,1 bis 0,3	0	10,3	0	0,5	1,8	1,1
0,3 bis 0,5	2,1	8,7	0	1,4	1,8	...■i,i
0,5 bis 0,7	16,0	■7,4	0	1,9	1,8	0,9
0,7 bis 1,0	71,3	10,2	0	■'. .1,4	0	0 '
1,0 bis 2,0	7,4	23,2	0	2,4	0	o,9 ■;-.
2,0 bis 3,0	U	15,4	0	10,0	0	Ό r
3,0 bis 4,0	0	6,0	1,2	77,5	0	0
4,0 bis 5,0	0	2,9	3,3 ■	2,9	0	0
Γ 5,0 bis 10	0	3,5	82,0	16,6	0,084	0,14
10 bis 50	2,58	2,3	11,1 . .
50 bis 100		1,4	36,7
mittlerer Porendurch	1,18
messer, μ

Die in der Tabelle 1 im Beispiel 1 verwendete Ausgangsmischung bestand aus 20 Volumprozent Polyäthylen, 20 Volumprozent Siliciumdioxid und 60 Volumprozent Polyäthylenglykol. Das Polyäthylenglykol wurde mit Wasser extrahiert. Die Ausgangszusammensetzung für Beispiel 5 in Tabelle 1 bestand aus 15 Volumprozent Polyäthylen, 15 Volumprozent Siliciumdioxid und 70 Volumprozent Petroleumöl. Das Petroleumöl wurde mit Trichloräthylen extrahiert.

Um die Anwesenheit von überaus kleinen Poren in der Struktur des Batterieabscheiders gemäß Erfindung zu zeigen, d. h. Poren mit einem -Durchmesser im Bereich von 0,002 bis 0,06 μ Durchmesser, wurde die Stickstoff absorptionsmethode nach Brunauer, P.Emmet und E. Te 11 e r (J. Am. Chem. Soc, 60, S. 309 (1938), verwendet.

Der Stickstoffabsorptionstest wurde benutzt, um die Oberfläche und den Porendurchmesser von Batteriescheidern aus verschiedenem Material, einschließlich der erfindungsgemäßen Batteriescheider festzustellen. Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle 2 aufgeführt.

009 551/131

Tabelle 2

	Stickstoff	mittlerer
	absorptionstest	Poren
Batteriescheider-Material	Ober	durchmesser
	flächen	μ
	bereich	0,027
	m^a/g	zu große
Kautschuksiliciuradioxidhydrogel	92	Poren zum
Gesintertes Polyvinylchlorid ...	9	Messen


Beispiel 5,
(15 Volumprozent Polyäthylen,
15 Volumprozent Silicium
dioxid,		0,011
70 Volumprozent Petroleumöl
vor Extraktion)	135

Tabelle 2 zeigt, daß der erfindungsgemäß hergestellte Batteriescheider eine größere Oberfläche und einen kleineren mittleren Porendurchmesser hat, verglichen mit Batteriescheidern aus üblichen Materialien. Der kleinere mittlere Porendurchmesser zeigt deutlich die Anwesenheit von überaus kleinen Poren in der Struktur des erfindungsgemäß hergestellten Batteriescheiders.

Die Porengröße entspricht den Anforderungen, die allgemein an Batteriescheider gestellt werden, nämlich, daß die Porengröße klein genug ist, um einen Durchtritt von festem Material, wie Blei von Bleisulfatkristallen, zu verhindern, aber ausreichend groß ist, damit der Elektrolyt durchtreten kann. Weiterhin sind die Poren klein genug, um einen Durchtritt von Antimonionen zu verhindern, welche oft von der positiven Platte in den Elektrolyten eingeschleppt werden und welche zu-der negativen Platte wandern und die Lebensdauer der Batterie verkürzen.

Die überaus geringe Porengröße der erfindungsgemäßen Batteriescheider unterscheidet sich deutlich' (vgl. Tabelle 2) von den zur Zeit im Handels erhältlichen mikroporösen Scheidern. Nur weiterhin kann das Leervolumen der Scheider sehr viel größer sein als bei den meisten handelsüblichen Scheidern (Tabelle 2).

Das Leervolumen'kann erheblich schwanken, und zwar je nach den betreffenden Bestandteilen und der Wandstärke des Scheiders. Beispielsweise kann bei einem sehr dünnen "Scheider das Leervolumen bis herab zu 30 °/₀ betragen; normalerweise wird jedoch ein Leervolumen des Scheiders von mindestens 50 % und vorzugsweise 70 bis 80% gewünscht. Die Kombination von äußerst kleiner Porengröße und einem großen Leervolumen in einem Batteriescheider, welche die Mindestwiderstandsanforderungen überschreitet und ausgezeichnete physikalische und chemische Eigenschaften ergibt, ist völlig unerwartet. Diese unerwarteten überlegenen Eigenschaften beruhen vermutlich auf der Verwendung von einem sehr hochmolekularen Polyolefin, welches dem Endprodukt die erforderliche Festigkeit gibt. Der Rückhalt für diese Annahme ergibt sich aus einem Vergleich der Beispiele 4 und 9, es werden gute Ergebnisse mit einem Polyäthylen mit einem Standard-Belastungsschmelzindex von 0 erzielt, verglichen mit den Werten bei einem niedrigmolekularen Polyäthylen mit einem Standard-Belastungsschmelzindex von 0,7.

Die folgende Tabelle 3 zeigt einen Vergleich des durchschnittlichen Porendurchmessers und des Leervolumens eines erfindungsgemäßen Scheiders gemäß Beispiel 2 im Vergleich mit handelsüblichen Scheidern. Die Mischung gemäß Beispiel 2 bestand aus 10 Volumprozent Polyäthylen mit einem Standard-Belastungsschmelzindex von 0, aus 15 Volumprozent Siliciumdioxid und 75 Volumprozent Petroleumöl. Das Petroleumöl wurde aus der geformten Masse mit Petroläther

ίο extrahiert, und das in Prozent angegebene Leervolumen in der folgenden Tabelle beruht auf der extrahierten Petroleumölmenge. Der durchschnittliche Porendurchmesser des Scheiders gemäß Beispiel 2 wurde nach der Quecksilbereindringmethode mit einem Aminco-Winwlow-Porosimeter bestimmt.

Tabelle 3

Scheider	Durch schnittlicher Poren durchmesser μ	Leer volumen*)
Gesintertes Polyvinylchlorid.. Mikroporöses Polyvinylchlo rid	36,7 2,58 1,18 33,0*) 40,0 0,11	48 87 66 70 67 75
Kautschuk-Siliciumdioxid- Hydrogel Polyäthylenzellulose Standard-Zellulose Beispiel 2

*) Die mit X bezeichneten Werte stammen von einer Arbeit von Robinson und Walker, »Third International Battery Symposium,« Bournemouth, England, Oktober 1963 (ausgenommen die Werte für Beispiel 2).

Die Dicke der Batteriescheider hängt davon ab, in welchen Batterien diese Scheider verwendet werden sollen. Im allgemeinen ist der Bogen 0,025 bis 1,27 mm und bei Schwefelsäure-Akkumulatoren vorzugsweise 0,25 bis 1,22 mm dick. Die Rippen sollen bei Schwefelsäure-Akkumulatoren 0,127 bis 5,08 mm und vorzugsweise 0,25 bis 2,54'mm von der Unterlage abstechen. Bei alkalischen Batterien ist die bevorzugte Dicke im allgemeinen 0,025 bis 0,254 mm.

Handelsübliche Batteriescheider müssen gewisse Mindestwiderstandswerte aufweisen. Der allgemein annehmbare Bereich liegt bei 0,15 bis 15,4 Milliohmcm² und vorzugsweise bei 1,54 bis 9,24 Milliohm-cm². Die Batteriescheider müssen ferner bestimmte physikaiische Eigenschaften, wie Reißfestigkeit, Widerstandsfähigkeit gegenüber Eindrücken, eine bestimmte Festigkeit im Brechwinkel und ein bestimmtes Porenvolumen besitzen.
Die Batteriescheider sollen gewisse chemische Eigenschaften besitzen, sie sollen nämlich gegenüber Oxydaton beständig sein und keinen Gewichtsverlust erleiden.

Um die überragenden Eigenschaften der erfindungsgemäßen Scheider zu verdeutlichen, wurden Proben aus einer Polyäthylen-Füllstoff-Weichmachermischung nach diesen Tests untersucht und mit anderen handelsüblichen Scheidern verglichen. Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle 4 aufgestellt.

Tabelle

Scheider

Oxydationstest
Stunden

Gewichtsverlust
in Schwefelsäure

Gewichtsverlust in
Schwefelsäure und
Kaliumdichromat

Beispiel 18 (0,7 mm)

Beispiel 18 (0,5 mm)

gesintertes Polyvinylchlorid

mikroporöses Polyvinylchlorid

Kautschuk-Siliciumdioxid-Hydrogel
Polyäthylenzellulose

Der Oxydationstest wurde bei Zimmertemperatur durchgeführt, wobei man den Scheider zwischen Elektroden anordnete und diese in Schwefelsäure mit einem spezifischen Gewicht von 1,400 eintauchte, einen Strom von 9 Ampere durchleitete, was einer ao Stromdichte von 0,46 Ampere/cm² entsprach, und diesen Strom von 9 Ampere bis zum Kurzschluß aufrechterhielt.

Der Säureverlust wurde einmal bei 73,9° C durch eine 168stündige Behandlung in H₂SO₄ mit einem spezifischen Gewicht von 1,3000 und zum anderen durch eine 3stündige Behandlung bei 60° C in einer Lösung von 3°/_oigem Kaliumdichromat in H₂SO₄ mit einem spezifischen Gewicht von 1,200 durchführt.

Die ersten beiden Scheider waren gemäß Beispiel 18 hergestellt, die Mischung bestand aus 17 Volumprozent Polyäthylen (SLMI = 0, HLMI = 0), 18 Volumprozent feinverteiltem Siliciumdioxid, 44 Volumprozent Glyzerin und 21 Volumprozent Petroleumöl. Aus dieser Mischung wurde ein 0,7 mm dicker Bogen hergestellt und das Glyzerin und Paraffinöl mit Wasser und Petroläther extrahiert. Der zweite Scheider war auf gleiche Weise hergestellt, seine Wandstärke betrug jedoch nur 0,5 mm.

Die Werte aus Tabelle 4 zeigen den erheblich geringeren Materialverlust bei der Säurebehandlung für die aus den erfindungsgemäßen Polyäthylen-Füllstoff-Weichmacher-Gemischen hergestellten Scheidern.

Im folgenden soll die Erfindung an Hand von Beispielen näher erläutert werden. Sofern nicht anders angegeben, wurden die Versuche in den folgenden Beispielen wie folgt durchgeführt. Die Reißfestigkeit der Proben wurde mit einem üblichen Reißfestigkeitsgerät gemessen, welches kontinuierlich die Belastung bei Einwirkung einer Zugkraft mit konstanter Zuggeschwindigkeit auf eine Probe aufzeichnete. Sofern nicht anders angegeben, wurde die Reißfestigkeit der Probe in Extrudierrichtung der Probe gemessen.

Die Widerstandsfähigkeit gegenüber einem Eindrücken oder Durchbohren der Probe wurde wie folgt gemessen. Ein Stift mit einem Durchmesser von 6,4 mm wurde mit dem abgerundeten Ende auf die Probe gesetzt; dieser Stift war über einen Hebelarm mit einem Behälter verbunden, in welchen Wasser gegeben wurde, bis diese Probe durchbohrt wurde. Das Gewicht des zugesetzten Wassers wurde aufgezeichnet.

Die Proben wurden weiterhin auf ihre Winkelbrüchigkeit untersucht, um die Biegsamkeit der Proben festzustellen; hierbei wurde der Winkel gemessen, bei welchem der von Hand gebogene Bogen brach.

Weiterhin wurde bei den Proben das Porenvolumen und der durchschnittliche Porendurchmesser bestimmt, 227
227
227
227
208
114

1,6
0,6

1,5
61,3

8,6
31,0

0,5

2,7

28,6

zerstört

44,8

und zwar, sofern nicht anders angegeben, nach der Quecksilbereindringmethode.

Die Kristallinität der Polyolefine wurde durch Röntgenbeugungsbilder nach dem Verfahren von J. L. Matthews, H. S. Pi es er und R.B. Richards gemäß Acta Crystallographica, 2, S. 85 bis 90 (1949), bestimmt. Die Kristallinität der verschiedenen Polyolefine wurde nach diesem Verfahren wie folgt bestimmt:

Polyäthylen Gewichtsprozent

teilchenförmig 72 bis 75

Polyäthylen

teilchenförmig 83,3

verpreßter Bogen 58,4

Polypropylen

teilchenförmig 45,6

gepreßter Bogen 45,7

mit Wärme behandelter Bogen 51,5

abgeschreckter Bogen 35,8

Beispiel 1

Es wurde ein Polyäthylen mit einem Standardbelastungs-Schmelzindex von 0, einem Hochbelastungs-Schmelzindex von 1,8, einer Dichte von 0,95 und einer reduzierten spezifischen Viskosität von 4,0 verwendet. Die Viskosität war mit einer Lösung von 0,02 g des Polyäthylens in 100 g Decalin bei 130° C gemessen. Als Füllstoff wurde ein feinverteiltes Siliciumdioxid mit einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser von etwa 0,02 μ und einem Oberflächenbereich von 165 m^a/g verwendet.

Mit diesen Ausgangsstoffen wurde eine Mischung hergestellt, die aus 20 Volumprozent des Polyäthylens mit dem Standardbelastungs-Schmelzindex von 0 sowie 20 Volumprozent Siliciumdioxid, 60 Volumprozent Polyäthylenglykol mit einem Molekulargewicht von 4 000 (Polyglykol E, 4000) und, bezogen auf das Gewicht der Mischung von 0,05 Gewichtsprozent Phenothiazin als Antioxydationsmittel bzw. 0,36 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gewicht des Polyäthylens, hergestellt, indem die Komponenten 10 Minuten auf einen Zweiwalzenstuhl vermischt und als Bogen abgezogen wurden. Nach Vermählen auf einer Wiley-Mühle wurde die Mischung über einen Trichter in eine Strangpresse mit einer Austrittsöffnung von 25,4 mm gegeben, die mit einer Umdrehungsgeschwindigkeit von 70 U/min und bei einem Druck von 28 kg/cm² arbeitete. An dem Extruder war eine 20,3 cm lange Bogenform befestigt. Der Temperaturabfall längs des Extruders vom Zuführende bis zum Mundstück betrug 93,3 bzw. 176,7 bzw. nochmals 176,7° C. Der Extruder war so eingestellt, daß er mit

13 14

einer Arbeitsgeschwindigkeit von 46 cm/min arbeitete. gefälle durch einen 20,3 cm bereiten Schlitz ausgepreßt. Die extrudierte Mischung wurde dann 20 Stunden in Das extrudierte Produkt wurde 6 Stunden bei Zimmer-Wasser von 54,4° C eingetaucht, um den Polyäthylen- temperatur in Wasser getaucht, um das Glycerin zu glykolweichmacher zu extrahieren. Die Dicke der extrahieren. Das erhaltene Produkt wurde dann Mischung betrug 1,24 mm. 5 1 Stunde in Petroläther zur Extrahierung des Petrols Die Polyäthylen-Siliciumdioxid-Probe wurde dann eingetaucht. Das Endprodukt war etwa 0,89 mm stark, nach einem Standard-Verfahren auf ihren Widerstand Der elektrische Widerstand betrug 9,84 Milliohm-cm², untersucht; es wurde ein Wert von 10,78 Milliohm- die Punktierfähigkeit lag bei 1573 g, die Reißfestigkeit cm² festgestellt. Beim Durchbohrungstest hielt die bei 37,45 kg/cm², die Bruchdehnung betrug 35 ⁰J₀, Probe eine Kraft von 673 g aus. Die Reißfestigkeit der io der Bruchwinkel war größer als 150°, das Porenvo-Probe betrug 14,7 kg/cm². Der Brechwinkel der Probe lumen lag bei 0,41 ml/g, der mittlere Porendurchmesser war 85°. Das Porenvolumen betrug 0,30 ml/g. Der war 0,10 μ. mittlere Porendurchmesser betrug 0,084 μ. B e i s υ i e 1 5

Beispiel/ ₁₅ £_{s wur(}j_{e m}j_t ^_6n gleichen. Ausgangsstoffen wie im

Es wurde nach dem Verfahren gemäß Beispiel 1 Beispiel 2 gearbeitet. Die Mischung bestand aus gearbeitet, wobei die Mischung jetzt aus 10 Volum- 15 Volumprozent Polyäthylen, 15 Volumprozent SiIiprozent Polyäthylen, 15 Volumprozent Siliciumdioxid, ciumdioxid, 70 Volumprozent Petroleumöl und 0,1 Ge-75 Volumprozent Petroleumöl (Shellfiex 411, 547 SSU wichtsprozent 2,6-Di-t.-butyl-4-methylphenol (0,77 Gebei 43,3° C) und, bezogen auf das Gewicht der Mi- 20 wichtsprozent bezogen auf das Polyäthylen). Die schung, aus 0,1 Gewichtsprozent 2,6-Di-t.-butyl-4-me- Masse wurde wieder 5 Minuten auf einem Zweiwalzenthylphenol als Antioxydationsmittel entsprechend stuhl gemischt und mit einem Druck von 28 kg/cm² 1,15 Gewichtsprozent, bezogen auf das Polyäthylen, durch einen Extruder, der mit einer Umdrehungsbestand. Dieses Gemisch wurde, wie im Beispiel 1, geschwindigkeit von 60 U/min arbeitete, über einen auf einen Zweiwalzenstuhl vermischt, auf einer 25 20,3 cm breiten Spritzkopf extrudiert. Das Temperatur-Wiley-Mühle und dann über einen üblichen 25,4-mm- gefälle im Extruder nahm von 190° C beim Zufuhrende Extruder mit einer 20,3 cm großen Bogenform bis zu 149° C ab, wobei sich die Spritzform bei einer extrudiert. Der Druck im Extruder betrug 35 kg/cm². Temperatur von 162,8⁰C befand. Das mit einer Ge-Das Temperaturgefälle nahm von der Zufuhrstelle bis schwindigkeit von 46 cm/min extrudierte Produkt zur Spritzform von 204,4 auf 148,9° C ab, wobei die 30 wurde 90 Minuten in Trichloräthylen von 82° C einge-Spritzform 176,7° C hatte. Die Extrudiergeschwindig- taucht, um das Öl zu extrahieren. Die Dicke des keit betrug wiederum 46 cm/min. Das extrudierte fertigen Produktes lag bei 0,81 mm. Material wurde dann 60 Minuten bei Zimmertempe- Der elektrische Widerstand betrug 5,52 Milliohm-

ratur in Petroläther getaucht, um das Petroleumöl zu cm², die Punktierfähigkeit lag bei 1013 g, die Reißextrahieren. Die Dicke des Endproduktes betrug 35 festigkeit bei 26,25 kg/cm², der Bruchwinkel war 0,66 mm. größer als 110°, das Porenvolumen betrug 0,88 ml/g,

Der elektrische Widerstand dieser Probe betrug der mittlere Porendurchmesser betrug 0,14 μ. 3,38 Milliohm-cm², beim Punktiertest hielt die Probe . .

366 g aus, die Reißfestigkeit betrug 15,4 kg/cm², der B e 1 s ρ 1 e 1 6

Brechwinkel war größer als 110°. Das Porenvolumen 4° Es wurde das gleiche Siliciumdioxid und Petroleumöl betrug 0,71 mm/g, der mittlere Porendurchmesser wie im Beispiel 2 verwendet. Das Polyäthylen hatte betrug 0,11 μ. einen Standardbelastungs-Schmelzindex von 0, einen

B e i s ο i e 1 3 ^v Hochbelastungs-Schmelzindex von 0, eine Dichte von

0,94 g/cm? und eine reduzierte spezifische Viskosität

Es wurde nach dem Verfahren gemäß Beispiel 1 45 von 15. Es wurde ein Gemisch aus 10 Volumprozent gearbeitet und eine Mischung aus 20 Volumprozent Polyäthylen, 15 Volumprozent Siliciumdioxid, 75 Vo-Polyäthylen, 15 Volumprozent Siliciumdioxid und lumprozent Petroleumöl und 0,1 Gewichtsprozent 65 Volumprozent Petroleumöl 5 Minuten auf einem 2,6-Di-t.-butyl-4-methylphenol als Antioxydations-Zweiwalzenstuhl gemischt. Der abgezogene Bogen mittel 15 Minuten in einem Brabender-Plastograph wurde 60 Minuten bei Zimmertemperatur in Trichlor- 5° gemischt und dann unter Druck verformt. Das Proäthylen zur Extrahierung des Petroleumöls einge- dukt wurde dann 60 Minuten bei Zimmertemperatur taucht. Das Endprodukt hatte eine Dicke von 0,58 mm. in Petroläther eingetaucht, um das Petroleumöl zu Der Widerstand dieser Probe betrug 10,14 Milliohm- entfernen. Die Dicke des endgültigen Produktes betrug cm², die Punktiergrenze lag bei 1313 g, die Reiß- 0,84 mm.

festigkeit war 40,6 kg/cm², der Bruchwinkel war 55 Der elektrische Widerstand dieser Probe betrug größer als 110°, das Porenvolumen lag bei 0,76 ml/g, 4,92 Milliohm-cm², die Eindrückfestigkeit betrug und der mittlere Porendurchmesser betrug 0,12 μ. 1973 g, die Reißfestigkeit 30,1 kg/cm², und der Bruch-

^ . . , . winkel war größer als 110°.

B eispiel 4

Es wurde mit den Produkten gemäß Beispiel 2 60 Beispiel 7

gearbeitet, wobei eine Mischung aus 17 Volumprozent Unter Verwendung des gleichen Polyäthylens,

Polyäthylen, 18 Volumprozent Siliciumdioxid, 21 Vo- Siliciumdioxydes und Petrolöles wie im Beispiel 2

lumprozent Petrolöl und 44 Volumprozent Glyzerin wurde ein Gemisch aus 14,5 Volumprozent PoIy-

und 0,1 Gewichtsprozent, bezogen auf die Masse an äthylen, 14,5 Volumprozent Siliciumdioxid, 2,5 Vo-

2,6-Di-6-butyl-4-methylphenol durch Extrudieren pelle- 65 lumprozent Ruß mit einer durchschnittlichen Teilchen-

tiert wurde. Diese Masse wurde dann aus einem bei größe von 0,03 μ Durchmesser und 68,5 Volumprozent

U/min und 38,5 kg/cm² arbeitenden Extruder mit Petrolöl auf einen Zweiwalzenstuhl 5 Minuten ge-

einem von 148,9 bis 176,7° C ansteigenden Temperatur- mischt und als Blatt abgezogen. Nach Zerkleinern

15 16

wurde die Masse in einem Extruder, der unter den einer 60 Minuten langen Behandlung in einer l°/oigen Arbeitsbedingungen des Beispiels 2 und 3 arbeitete, Lösung eines üblichen Netzmittels betrug der Widerzugeführt und das extrudierte Produkt dann 10 Mi- stand jedoch 4,17 Milliohm-cm². nuten in Trichloräthylen von 82° C eingetaucht, um : das Petrolöl zu extrahieren. Der fertige Bogen war 5 Beispiel 11 0,81 mm dick. Die elektrische Leitfähigkeit betrug

7,4 Milliohm-cm², die Eindrückfestigkeit betrug 1143 g, Gemäß Beispiel 1 wurden Komponenten gemäß

die Reißfestigkeit 29,05 kg/cm², der Bruchwinkel war Beispiel 2, nämlich 15 Volumprozent Polyäthylen,

größer als 110°. 69 Volumprozent Petrolöl, 15 Volumprozent Silicium-

■D . : „ _.; . ι ο ίο dioxid, 1 Volumprozent Ruß mit einem durchschnitt-

Jöeispieio ,.,'., , Γ , ~ ,_ ,.

lichen Teilchendurchmesser von 0,47 μ und einem

Ein Gemisch aus 20 Volumprozent Polyäthylen Oberflächenbereich von 6 m²/g und ferner, bezogen gemäß Beispiel 6, 12 Volumprozent Ruß mit einer auf das Gewicht des Polyäthylens, 0,1 Gewichtsdurchschnittlichen Teilchengröße von 0,03 μ und prozent 4,4 - Thiobis - (6 - t. - butyl - m - cresol) als 68 Volumprozent Paraffinöl wurden in einem Bra- 15 Antioxydationsmittel verwendet. Das Gemisch wurde bender-Plastograph 15 Minuten gemischt und unter vermischt, gemahlen und wie im Beispiel 1 extrudiert, Druck verpreßt und zu einer dünnen Folie verblasen, und dann 30 Minuten bei Zimmertemperatur in Peindem der äußere Rand der 0,51 mm starken Folie troläther extrahiert. Der Bogen war 0,73 mm dick. Die eingespannt, die Folie erhitzt und mit Preßluft zu Eindrückfestigkeit lag bei 1100 g, die Reißfestigkeit bei einer Blase von der gewünschten Wandstärke gedehnt 20 30,1 kg/cm² in Extrudierrichtung und 35,7 kg/cm² wurde. Die Probe wurde in Petroläther von Zimmer- rechtwinklig hierzu; der Bruchwinkel war größer als temperatur eingetaucht, um das Paraffinöl zu extra- 110°. Der elektrische Widerstand war 6,80 Millihieren. Die Stärke des endgültigen Produktes betrug ohm-cm² und sank nach einer 60 Minuten langen Be-0,025 mm. Der elektrische Widerstand lag bei 0,60 Mil- handlung in einer l°/_oigen üblichen Netzmittellösung, liohm-cm² nach Behandlung mit einem Netzmittel. 25 z. B. Natriumdodecylbenzolsulfonat, auf 4,32 Milliohm-cm². Beispiel 9 Beispiel 12

Um zu zeigen, daß es wesentlich ist, daß das hoch- Es wurden das Polyäthylen und Petrolöl gemäß Beimolekulare Polyäthylen einen Standardbelastungs- 30 spiel 2 in Mengen von 20 Volumprozent Polyäthylen, Schmelzindex von 0 hat, wurde der nächste Versuch 60 Volumprozent Petrolöl sowie 20 Volumprozent gemit handelsüblichem pelletiertem Polyäthylen mit fälltes Calciumcarbonat mit einer durchschnittlichen einem Standardbelastungs-Schmelzindex von 0,7 durch- Teilchengröße von 0,040 μ und, bezogen auf das PoIygeführt. Mit Ausnahme der Polyäthylenkomponente äthylengewicht, 1,0 Gewichtsprozent 2,6-Di-t.-butylwar die Zusammensetzung wie im Beispiel 4. Es 35 4-methylphenol in einem Banbury-Mischer gemischt wurden 17 Volumprozent dieses Polyäthylens, 18 Vo- und in einer Plattenpresse unter einem Druck von lumprozent Siliciumdioxid, 21 Volumprozent Petrolöl 18 144 kg 3 Minuten bei 177° C verpreßt. Der erhaltene und 44 Volumprozent Glycerin in einem Brabender- 0,51 mm starke Film wurde dann, wie im Beispiel 8, Plastograph 15 Minuten gemischt und dann unter zu einer dünnen Folie verblasen, welche 0,13 mm dick Druck verformt, zuerst in Wasser und dann in Petrol- 40 war. Diese Folie wurde 30 Minuten in Petroläther von äther eingetaucht, um Glyzerin und Petrolöl zu Zimmertemperatur zum Entfernen des Petrolöls extraentfernen. Die Stärke des Endproduktes betrug hiert. Der Widerstand betrug dann 1,23 Milliohm-cm³. 0,78 mm. Der elektrische Widerstand lag bei 9,24 Milliohm-cm², die Reißfestigkeit betrug 20,09 kg/cm², und B e i s ρ i e 1 13 die Dehnfähigkeit bis zum Bruch betrug 1 °/₀. 45

Es wurde nach dem Verfahren mit der Zusammen-

Beispiel 10 Setzung wie im Beispiel 12 gearbeitet, wobei jedoch

jetzt 15 Volumprozent Polyäthylen, 15 Volumprozent

Es wurde nach dem Verfahren gemäß Beispiel 1 gefälltes Calciumcarbonat und 70 Volumprozent Pegearbeitet, und zwar mit einer Mischung aus 15 Volum- 50 trolöl verwendet wurden. Das erhaltene Produkt, prozent Polyäthylen gemäß Beispiel 2,69 Volumprozent nämlich ein Film in einer Stärke von weniger als Petrolöl gemäß Beispiel 2, 15 Volumprozent Diato- 0,13 mm, hatte einen Widerstand von 5,37MiIIimeenerde mit einer durchschnittlichen Teilchengröße ohm-cm².

von 4 μ und einem Oberflächenbereich von 25 m²/g, B e i s ü i e 1 14

1 Volumprozent Ruß mit einer durchschnittlichen 55

Teilchengröße von 0,47 μ und einem Oberflächen- Es wurden 30 Volumprozent Polyäthylen gemäß

bereich von 6 m²/g und, bezogen auf das Gewicht an Beispiel 2, 40 Volumprozent Petrolöl gemäß Beispiel 2, Polyäthylen, 0,1 °/₀ 4,4-Thiobis-(6-t.-butyl-m-cresol) als 30 Volumprozent sehr feinverteilter Kaolin, der als Antioxydationsmittel. Füllstoff in der Papierindustrie verwendet wird, und,

Die Mischung wurde vermischt, gemahlen und wie 60 bezogen auf das Gewicht des Polyäthylens, 0,1 Geim Beispiel 1 extrudiert und dann 30 Minuten in wichtsprozent 2,6-Di-t.-butyl-4-methylphenol, in einem Petroläther von Zimmertemperatur eingetaucht, um Banbury-Mischer gemischt und zu einer dünnen Folie das Petrolöl zu extrahieren. Die Dicke des endgültigen verblasen, indem das Gemisch zu einem Schlauch Produktes war 0,46 mm. Die Eindruckfähigkeit lag extrudiert und der heiße Schlauch mit Preßluft auf die bei 1260 g, die Reißfestigkeit in Extrudierrichtung 65 gewünschte Stärke aufgeblasen und dann zu flachem betrug 35 kg/cm² und rechtwinklig hierzu 63,7 kg/cm², Material zerschnitten wurde. Die Folie war etwa der Bruchwinkel war größer als 110°. Der elektrische 0,025 mm stark. Sie wurde 30 Minuten bei Zimmer-Widerstand war größer als 15,4 Milliohm-cm². Nach temperatur in Petroläther eingetaucht, um das Pe-

009 551/131

17 18

trolöl zu extrahieren. Der elektrische Widerstand der bezogen auf das Polyäthylen, wurde auf einem Ban-

Folie betrug mehr als 15,4 Milliohm-cm². Nach einer bury-Mischer in 5 Minuten eine Masse hergestellt, die

60minutigen Behandlung in einer l°/_oigen Netzmittel- zu 0,71 mm dicken Bögen unter Druck verformt wurde.

lösung (z. B. Natriumdodecylbenzolsulfonat) betrug Ein weiterer Anteil dieser Masse wurde unter Druck

der Widerstand nur noch 2,85 Milliohm-cm². 5 zu 0,51 mm dicken Bögen verarbeitet. Jeder Bogen

. . wurde 1 Stunde in Petroläther von Zimmertemperatur

Beispiel 15 eingetaucht, um das Petrolöl zu entfernen. Dann wurde

15 Volumprozent Polypropylen mit einem Standard- der Bogen 16 Stunden zum Extrahieren des Glyzerins

belastungs-Schmelzindex von 0 sowie 15 Volum- in Wasser von Zimmertemperatur eingetaucht. Der

prozent Siliciumdioxid und 70 Volumprozent Petrolöl io elektrische Widerstand des 0,71 mm dicken Bogens

gemäß Beispiel 2 wurden mit, bezogen auf das Poly- betrug 7,55 Milliohm-cm², und die des 0,51 mm

propylengewicht, 0,5 Gewichtsprozent 2,6-Di-t.-butyl- dicken Bogens betrug 3,08 Milliohm-cm².

4-methylphenol und 0,5 Gewichtsprozent Dilauryl- . . ■

thiodipropionat und 0,2 Gewichtsprozent Calcium- Beispiel iy

stearat in einem Brabender-Plastographen vermischt, 15 Es wurde gemäß Beispiel 18 ein Gemisch hergestellt

dann 3 Minuten bei 177° C und einem Druck von und zu einem Bogen verpreßt, der dann 1 Stunde bei

18 144 kg verpreßt. Die erhaltene Folie wurde bei Zimmertemperatur in Petroläther extrahiert und dann

Zimmertemperatur 60 Minuten in Petroläther zur 16 Stunden in Wasser von Zimmertemperatur belassen

Entfernung des Petrolöls extrahiert. Die Folie war wurde. Danach wurde der Bogen etwa 16 Stunden in

0,64 mm dick. Der elektrische Widerstand betrug 20 eine 25°/oige Kaliumhydroxydlösung eingetaucht, um

7,26 Milliohm-cm². das Siliciumdioxid zu extrahieren. Anschließend wurde

. . der Bogen mit Wasser gewaschen. Dieser 0,68 mm

Beispiel 16 _dicke B_Og_en jj_{atte emen} elektrischen Widerstand von

15 Volumprozent eines aus 99 Molprozent Äthylen 1,08 Milliohm-cm², eine Eindrückfestigkeit von 510 g und 1 Molprozent Buten bestehenden Co-Polymers mit 25 und eine Reißfestigkeit von 11,2 kg/cm²,
einem Standardbelastungs-Schmelzindex von 0 und _ . .
einem Hochbelastungs-Schmelzindex von 1,7 und Beispiel 20
einer Kristallinität von mehr als 50 Gewichtsprozent In dem folgenden Versuch wurde ein üblicher sowie 15 Volumprozent Siliciumdioxid und 70 Volum- 12-Volt-Bleisammler mit 60 Amperestunden verwenprozent Petrolöl gemäß Beispiel 15 wurden zusammen 30 det, dessen positive Platten aus einem Blei-Antimonmit, bezogen auf das Gewicht des Co-Polymeren, Gitter bestanden, welches mit Bleidioxydpaste be-1,0 Gewichtsprozent 2,6 - Di -1. - butyl - 4 - methyl- schichtet war, während die negativen Platten aus einer phenol verarbeitet. Die Folie war 0,56 mm dick. Der Bleiantimonlegierung bestanden, die mit einer Bleielektrische Widerstand wurde wie üblich bestimmt, paste bestrichen waren. Die durch die zu unterwobei das Material jedoch vorher unter einem Va- 35 suchenden Scheider getrennten Platten wurden in kuum von 68,6 cm Hg vorgeweicht wurde. Der elek- Schwefelsäure mit einer spezifischen Dichte von irische Widerstand betrug 7,70 Milliohm-cm². Die 1,260 eingetaucht.

Reißfestigkeit lag bei 30,8 kg/cm², die Eindrück- Am Ende der Entladungsperiode kann die Batterie fähigkeit betrug 486 g. wieder in ihre Ausgangsbedingung zurückgeführt, . 40 d. h. wieder geladen werden, indem man einen Strom B e 1 s ρ 1 e 1 1 / _in entgegengesetzter Richtung zuführt. Beim Entladen Es wurde ein Batteriescheider gemäß Beispiel 11 der Batterie wird ein Teil der Schwefelsäure in Wasser hergestellt, welcher auf einer Seite mit mehreren Rip- und Bleisulfat umgewandelt und lagert sich an beiden pen aus geschäumtem Polyäthylen versehen wurde. Platten ab. Beim Laden der Batterie wird das Bleisulfat Hierzu wurde eine Mischung aus 100 Teilen Poly- 45 auf den negativen Platten in Blei und auf den positiven äthylen mit einer Dichte von 0,92, 1 Teil Blähmittel, Platten in Bleidioxyd umgewandelt. Durch dieses Vernämlich Azo-bis-formamid, sowie 0,5 Teile Zink- fahren wird der Sammler theoretisch in seinen urstearat und 1,6 Teile Ruß innig gemischt und dann bei sprünglichen Zustand umgewandelt,
etwa 155° C, d. h. unterhalb der Zersetzungstemperatur Während der Ladung und Entladung der Batterie des Blähmittels von 175° C, extrudiert. Das extrudierte 50 löst sich das Antimon von den !positiven Gittern und Gemisch wurde gekühlt und zu Pellets zerschnitten. wandert durch den Schwefelsäureelektrolyt und durch Diese wurden dann durch einen Extruder geführt, den Batteriescheider und schlägt sich an den negativen welcher oberhalb der Zersetzungstemperatur des Bläh- Platten ab. Diese Ablagerung verursacht eine lokale mittels, und zwar etwa bei 180° C lag. Durch das Ex- Selbstentladung der negativen Platten, wodurch ein tradieren wurden mehrere dünne Rippen aus ge- 55 Kapazitätsverlust des Sammlers entsteht. Mindestens schäumtem Polyäthylen hergestellt, die auf eine Seite ein Teil des während dieser Selbstentladung gebildeten des Batteriescheiders aufgebracht wurden, der auf Bleisulfats ist irreversibel, so daß der Sammler einen etwa 80° C erwärmt worden war. Man ließ das Ge- Teil seiner Kapazität für ständig verliert,
bilde auf Zimmertemperatur abkühlen; die Rippen Der in diesem Beispiel verwendete Batteriescheider hafteten sehr gut an dem Scheider. 60 wurde im wesentlichen gemäß Beispiel 17 hergestellt . . und in einem Bleisammler auf seine Wirksamkeit be-Beispiel 1» züglich einer Verhinderung der Wanderung von Anti-Unter Verwendung von 17 Volumprozent Poly- monionen während der Ladungs- und Entladungsäthylen, 18 Volumprozent Siliciumdioxid und 21 Vo- zyklen untersucht. Der gleiche Versuch wurde auch lumprozent Petrolöl gemäß Beispiel 6 und ferner 65 mit zahlreichen anderen Batteriescheidern durch-44 Volumprozent Glyzerin und, bezogen auf die Ge- geführt.

samtmasse von 0,12 Gewichtsprozent, 2,6-Di-t.-butyl- Der in diesem Beispiel verwendete Test zur Be-

4-methylphenol, entsprechend 0,95 Gewichtsprozent, Stimmung der Wirksamkeit der erfindungsgemäßen

Scheider bezüglich der Verhinderung einer Ablagerung von Antimon auf den negativen Platten ist von R. G. Robinson und R. L. W a 1 k e r in »Separators and Their Effect on Lead-Acid Battery Performance« in Collins, D. H. Ed., Batteries, MacMillan Co., N. Y., 1963, auf S. 28 beschrieben. Ein vollständiger Zyklus bei diesem Test besteht aus den folgenden Schritten:

a) kontinuierliche 4¹I₂ Tage dauernde Aufladung mit 3 Ampere bei 21,1° C,

b) eine 7 Tage dauernde Lagerung mit offenem Stromkreis bei 37,8° C,

c) eine Entladung mit einer 10-Stunden-Geschwindigkeit auf 1,8 Volt je Zelle bei 21,1° C,

" d) eine volle Aufladung,

e) ein Entladen in 10 Stunden mit 1,8 Volt je Zelle bei 21,1⁰C.

20

Aus den Entladungen gemäß c) und e) wurde der Kapazitätsverlust in Prozent während der Aufbewahrung von 7 Tagen bei offenem Stromkreis berechnet. Der Kapazitätsverlust in Prozent nach dem sechsten Zyklus wurde bestimmt, wobei folgende Werte erhalten wurden:

Scheider A, B und C miteinander verglichen, wobei die folgenden Ergebnisse gefunden wurden:

Batteriescheider	Schmelzindex	Bruchdehnung in%
A B C	0 0,2 5,0	140 4 2

15

	Kapazitätsverlust
Batteriescheider	in °/o nach dem
	sechsten Zyklus
Batteriescheider gemäß
Beispiel 17	17
Mikroporöser Kautschukscheider	28
Mikroporöser
Polyvinylchloridscheider	21
Gesinterter
Polyvinylchloridscheider	75
Scheider aus Kautschuk und
Diatomeenerde auf Glasfaser
gespinst	43

30

35

40

Die obigen Werte zeigen einen beachtlich geringeren Verlust der Kapazität einer Batterie mit den erfindungsgemäßen Scheidern. Daraus ergibt sich, daß mit der vorliegenden Erfindung neuartige und verhältnismäßig billige Batteriescheider von hervorragender Qualität vorgeschlagen werden, welche in Batterien mit saurem Elektrolyt, wie beispielsweise in Bleisammlern, wie auch in Batterien mit alkalischem Eelektrolyt, wie in Silberzink- oder Nickelcadmiumsammlern, verwendet werden können.

Selbstverständlich kann das erfindungsgemäße Verfahren auch kontinuierlich durchgeführt werden.

Beispiel 21

Es wurden Batteriescheider A, B und C gemäß Beispiel 5 hergestellt. Probe A wurde gemäß Erfindung aus Polyolefin mit einem Standardbelastungs-Schmelzindex von 0, Proben B und C wurden aus Polyolefin mit einem Schmelzindex von 0,2 bzw. 5,0 hergestellt. Es zeigte sich, daß die Scheider B und C sehr spröde waren, so daß es für einen gültigen Vergleich der Eigenschaften erforderlich war, den Weichmacher (Erdöl) in' dem Scheider zu belassen, anstatt ihn zu extrahieren. Es wurden deshalb die erdölhaltigen Die Zahlenwerte zeigen den erheblichen Unterschied in der Dehnbarkeit und damit in der Flexibilität der Batteriescheider. Die Batteriescheider B und C waren immer noch äußerst spröde und mußten äußerst vorsichtig gehandhabt werden, während Batteriescheider A äußerst flexibel war und ohne weiteres gehandhabt werden konnte, ohne daß es zu einem Brechen kam; der Scheider A hatte darüber hinaus eine wesentlich geringere Neigung zur Bildung von Spannungsrissen.

Claims

Patentansprüche:

1. Batteriescheider mit einer im wesentlichen flachen Oberfläche auf Basis eines mikroporösen Polyolefins, dadurch gekennzeichnet, daß er im wesentlichen aus einem homogenen Gemisch von 40 bis 100 Volumprozent eines mikroporösen Polyolefins mit einem Standardbelastungs-Schmelzindex von 0, 0 bis 60 Volumprozent eines inerten festen Füllstoffes und 0 bis 40 Volumprozent Weichmacher besteht.

2. Batteriescheider nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er im wesentlichen aus 40 bis 60 Volumprozent des Polyolefins und 60 bis 40 Volumprozent des Füllstoffs besteht.

3. Batteriescheider nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Weichmacher Polyisobutylen, Polybutadien, Polystyrol, ataktisches Polypropylen, Äthylen-Propylen-Kautschuk oder ein Äthylen-Vinylacetat-Mischpolymeres ist.

4. Batteriescheider nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Polyolefin im wesentlichen aus einem Gemisch eines hochmolekularen Polyolefins mit einem Standardbelastungs-Schmelzindex von 0 mit einem niedrigmolekularen Polyolefin mit einem Standardbelastungs-Schmelzindex von 0,1 bis 5 besteht, wobei das Gemisch einen Standardbelastungs-Schmelzindex von 0 aufweist.

5. Batteriescheider nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Mischungskomponenten Polyäthylen ist.

6. Batteriescheider nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß er als Bahn ausgebildet ist, welche auf mindestens einer Oberfläche mehrere Rippen besitzt, die im wesentlichen aus der gleichen Masse wie die Bahn oder aus geschäumtem Polypropylen, geschäumtem Polyäthylen, geschäumtem und gefülltem Polyäthylen oder geschäumtem und gefülltem Polyvinylchlorid bestehen.

7. Verfahren zur Herstellung eines Batteriescheiders gemäß Anspruch 1 bis 6, bei welchem eine polymere mikroporöse Polyolefinmischung zu einer Bahn mit mindestens einer im wesentlichen flachen Oberfläche verformt wird, dadurch gekennzeichnet, daß man zur Herstellung der Mischung eine aus mindestens 5 Volumprozent eines mikro-

porösen Polyolefins mit einem Standardbelastungs-Schmelzindex von 0, mindestens 30 Volumprozent eines Weichmachers und gegebenenfalls einen inerten Füllstoff miteinander vermischt und eine solche Menge des Weichmachers und/oder des Füllstoffes aus der aus der Mischung hergestellten Bahn extrahiert, daß ein poröser Batteriescheider der in Anspruch 1 angegebenen Zusammensetzung erhalten wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß man als Füllstoff einen wasserlöslichen Füllstoff, vorzugsweise Natriumchlorid, Kaliumchlorid, Calciumchlorid, Natriumacetat, Kaliumacetat, Calciumacetat, Bariumacetat, Natriumsulfat, Kaliumsulfat, Calciumsulfat, Natriumphosphat, Kaliumphosphat, Natriumnitrat, Kalium-

nitrat, Natriumcarbonat, Kaliumcarbonat oder Zucker verwendet.

9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß man einen wasserlöslichen Weichmacher, vorzugsweise Äthylenglykol, PoIyäthylenglykol, Polypropylenglykol, Glyzerin, Triäthylphosphat, Polyvinylalkohol, Polyacrylsäure oder Polyvinylpyrrolidon verwendet.

10. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß man einen wasserunlöslichen Weichmacher, vorzugsweise Petrolöl, Wachs, Asphalt, Eicosan, Polyisobutylen, Polybutadien, ataktisches Polypropylen, Äthylen-Propylen-Kautschuk, Äthylen-Vinylacetat-Mischpolymerisat, oxydiertes Polyäthylen, Cumaron-Inden-Harz, Terpen-Harz, Tallöl oder Leinöl verwendet.