Способ получения полимерных листовых материалов для электродов

 

Сущность изобретения: в способе получения полимерных листовых материалов для электродов, включающем смещение полипропилена и электропроводящего наполнителя, экструзию полученной композиции, дробление экструдата, дозировку и загрузку частиц в пресс-форму двумя слоями с укладкой латунной сетки между ними, термостатирование, прессование и охлаждение, перед смещением с полипропиленом в электропроводящий наполнитель добавляют термостабилизатор, смазку и порошок металлического марганца с размером частиц 125 ммк в количестве 0,3 - 1,0; 0,5 - 1,0 и 2,5 - 5,0 мас.ч. соответственно на 100 мас. ч. полипропилена, и полученную смесь вводят в расплав полипропилена и гомогенизируют 4 - 10 мин. 1 табл.

Изобретение относится к области технологии переработки термопластичных полимерных материалов, а именно к способам приготовления электропроводящих полимерных композиций, содержащих углеродный наполнитель, и может быть использовано в производстве электродов, применяемых для получения электролитической двуокиси марганца, нанесения гальванических покрытий и в иных электрохимических процессах.

Известен способ получения полимерного листового материала, включающий смешение в экструдере полипропилена и технического углерода марки Вулкан ХС-72 в течение различного времени, формование пластины и охлаждение [1].

Известен способ получения электропроводящего полимерного материала, включающий смешение 72-90 мас.% полипропилена с электропроводящим наполнителем (ацетиленовая сажа 5-12 мас.% и печная сажа 5-12,5 мас.%) и сульфида меди (0,5-3 мас.%). Листовой материал, полученный из композиции, имеет высокую электропроводность и прочностные показатели. Недостатками материала, получаемого по известному способу, являются малый срок службы электродов, обусловленный взаимодействием серной кислоты с сульфидом меди, загрязнение электролита [2].

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является способ получения полимерных листовых материалов для электродов, включающий смешение термопласта и электропроводящего наполнителя в течение 6-8 ч, укладку металлической сетки в пресс-форму, нанесение смеси на сетку, прессование, термообработку в течение 7,5-9 ч и охлаждение [3].

Недостатком известного способа является малая производительность процесса, относительно высокое значение перенапряжения выделения водорода (1,25 В) и ограниченный срок службы в сильно кислой среде.

Целью изобретения является увеличение производительности способа, срока службы электродов в сильно кислой среде и снижение перенапряжения водорода.

Поставленная цель достигается тем, что в способе изготовления полимерного листового материала для электродов, включающем смешение термопласта и электропроводящего наполнителя, укладку металлической сетки в пресс-форму, нанесение смеси на сетку, прессование, нагрев и охлаждение, с целью увеличения производительности способа и срока службы электродов в сильнокислой среде, снижения перенапряжения выделения водорода, в качестве термопласта используют полипропилен, перед смешением с полипропиленом в электропроводящий наполнитель добавляют термостабилизатор, смазку и порошок марганца с размером частиц менее 125 мкм в количестве 0,3-1,0; 0,5-1,0 и 2,5-5,0 мас. ч. соответственно на 100 мас.ч. полипропилена, полученную смесь вводят в расплав полипропилена, гомогенизируют 4-10 мин, экструдируют, измельчают экструдат, дозируют и загружают частицы измельченного экструдата в пресс-форму двумя слоями с укладкой латунной сетки между ними.

Способ обеспечивает достижение дополнительного положительного эффекта, заключающегося в возможности производства более чистой электролитической двуокиси марганца, повышении химической стойкости материала и соответственно увеличении срока службы электродов до 3 лет в электролите с рН 4. При электролизе происходит снижение перенапряжения водорода с 1,25 до 1 В и уменьшается напряжение на ванне с 3 до 2,2 В, что позволяет снизить энергозатраты в производстве электролитической двуокиси марганца.

П р и м е р 1. Изготавливают листовой полимерный материал, армированный латунной сеткой в виде пластины толщиной 5 мм. Используют полипропилен марки 21060, в качестве электропроводящего наполнителя используют технический углерод марки ПМ-100 (ГОСТ 7885-87), графит марки ГС-4 и марганец металлический (ГОСТ 6008-82), Марганец дробили в шаровой мельнице с керамическими шарами. В качестве термостабилизатора и смазок могут быть использованы традиционные для этих композиций вещества: неозон А (ТУ 6-14-202-67) или ирганокс и стеарат кальция или стеарат цинка соответственно.

Гранулы полипропилена подают в загрузочный бункер экструдера фирмы "Бусс". Температура по зонам: 1-200^оС, 2-230^оС, 3-230^оС,4-210^оС. Графит и технический углерод предварительно смешивают с порошком марганца, просеянным сквозь сито 125 мм, стеаратом кальция и термостабилизатором (ирганокс) в количестве, указанном в таблице. Смесь электропроводящего наполнителя с добавками вводят во второе загрузочное отверстие экструдера таким образом, чтобы время смешения наполнителя с расплавом составляло 6 мин. Экструдируют пруток, охлаждают и дробят на частицы размером 1,5-3 мм. Частицы засыпают слоем на дно стальной пресс-формы, покрытое алюминиевой фольгой, смазанной разделительной кремнеорганической смазкой. Укладывают латунную сетку с размером ячеек 1 мм, затем засыпают второй слой частиц электропроводящей композиции. Пресс-форму закрывают, термостатируют при 240 ± 10^оС в течение 1 ч, подают давление 5 МПа, прессуют в течение 15-20 мин, принудительно охлаждают водой под давлением до температуры 45^оС и раскрывают форму. Листовой материал имеет удельное электрическое сопротивление 16 Ом˙см. Перенапряжение водорода в электролите состава 140 г/л MnSO₄ + 5 г/л H₂SO₄ составляет 1,0 В.

П р и м е р ы 2-9. Изготавливают листовой материал по примеру 1, но используют полипропилен разных марок, смесь технического углерода с графитом различного состава и добавки в количестве, указанном в формуле.

Свойства электродов из листовых материалов и режим смешения компонентов приведены в таблице.

П р и м е р ы 10-11. Для сравнения изготавливают электрод из материала, полученного известным способом, смешением в среде толуола в течение 6 ч 12,8 мас. ч. политетрафторэтилена и 15 мас.ч. графита. Перенапряжение водорода 1,25 В. Срок службы электрода 11-14 мес.

Формула изобретения

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОЛИМЕРНЫХ ЛИСТОВЫХ МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ ЭЛЕКТРОДОВ, включающий смешение термопласта и электропроводящего наполнителя, укладку металлической сетки в пресс-форму, нанесение смеси на сетку, прессование, нагрев и охлаждение, отличающийся тем, что, с целью увеличения производительности способа и срока службы электродов в сернокислой среде, снижения перенапряжения выделения водорода, в качестве термопласта используют полипропилен, перед смешением с полипропиленом в электропроводящий наполнитель добавляют термостабилизатор, смазку и порошок марганца с размером частиц менее 125 мкм в количествах 0,3 - 1,0; 0,5 - 1,0 и 2,5 - 5,0 мас.ч. соответственно на 100 мас.ч. полипропилена, полученную смесь вводят в расплав полипропилена, гомогенизируют 4 - 10 мин, экструдируют, измельчают экструдат, дозируют и загружают частицы измельченного экструдата в пресс-форму двумя слоями с укладкой латунной сетки между ними.