[發明專利]一種聚合物陰離子交換膜的制備方法

無效

• 申請號: 200810047595.0
• 申請日: 2008-05-06
• 公開（公告）號: CN101274226A
• 公開（公告）日: 2008-10-01
• 發明（設計）人: 莊林;潘婧;黃愛賓;盧善富;陸君濤
• 申請（專利權）人: 武漢大學
• 主分類號: B01D71/06
• 分類號: B01D71/06;C08J5/22;C08L81/06;C08L61/16;C08G75/20;C08G8/02
• 代理公司: 武漢天力專利事務所
• 代理人: 程祥;馮衛平

技術領域

本發明涉及一種陰離子交換膜的制備方法。

背景技術

陰離子交換膜是分離與提純、電化學器件中的關鍵材料，在水處理技術、濕法冶金、化工和化學分離及堿性燃料電池等工業領域中已得到廣泛的應用。傳統的聚合物陰離子交換膜的熱和化學穩定性較低，在較高溫度或堿性條件下聚合物中的季銨基團很容易發生降解，導致離子交換容量下降。(T.Sata，etal.，J.Membrane?Sci.，1996，112，161.)

除了熱和化學穩定性的要求，聚合物陰離子交換膜的機械性能(包括抗拉強度和柔韌性)也是應用的關鍵指標。目前的聚合物陰離子交換膜往往存在當離子交換容量較大時其機械性能顯著下降的缺點。

發明內容

本發明針對上述問題，提出一種新型聚合物陰離子交換膜的制備方法，制得的聚合物陰離子膜具有較好的熱穩定性、機械性能、耐堿性和離子交換容量。

本發明一種聚合物陰離子交換膜的制備方法，包括聚合物的氯甲基化，季銨化和成膜的步驟。

聚合物的氯甲基化產物的制備：將1重量單位的主鏈上含有苯環、并且苯環之間有醚鍵相連的聚合物溶于溶劑中，加入0.05至0.5重量單位的金屬鋅或鋁粉末和0.1至1重量單位的含氟有機酸作為催化劑，再加入1至5重量單位的氯甲醚，在20至50℃下攪拌反應2至20小時；將上述反應溶液倒入低級醇中，析出淡黃色塊狀沉淀；將該沉淀用大量水反復洗滌多次后打碎并烘干，得到粉末狀聚合物的氯甲基化產物；

聚合物的氯甲基化產物的季銨化：將1重量單位上述氯甲基化產物溶解于溶劑中得到聚合物的氯甲基化產物溶液；將三甲胺水溶液加熱汽化，將三甲胺氣體經過堿性干燥劑干燥后通入上述聚合物的氯甲基化產物溶液中，通氣時間不少于5分鐘得到聚合物的氯甲基化產物的季銨化溶液；或在上述聚合物的氯甲基化產物溶液中加入0.3至0.5重量單位的液態低級胺，在40至70℃下攪拌反應2至15小時得到聚合物的氯甲基化產物的季銨化溶液；

所述成膜步驟為：將季銨化步驟所得溶液涂鑄成膜，并在40至100℃下烘干，即得聚合物陰離子交換膜。

所述主鏈上含有苯環、并且苯環之間有醚鍵相連聚合物包括聚砜(PSF)、聚芳砜(PASF)、酚酞型聚醚砜(PES-C)或聚醚醚酮(PEEK)。

所述氯甲基化步驟所用的溶劑包括1，2-二氯乙烷、1，1-二氯乙烷、氯仿、二氯甲烷或甲苯，所得溶液的濃度不影響氯甲基化反應產物的性能。

所述含氟有機酸催化劑包括三氟乙酸、三氟甲磺酸、3，3，3-三氟丙酸或2，3，4，5-四氟苯甲酸。

所述用于沉淀氯甲基化產物的低級醇包括甲醇或乙醇。

所述季銨化步驟所用的溶劑包括N，N-二甲基甲酰胺(DMF)、N，N-二乙基乙酰胺(DMAc)、N-甲基吡咯烷酮(NMP)或二甲亞砜(DMSO)，所得溶液的濃度不影響季銨化反應產物的性能。

所述液態低級胺包括三乙胺、三丙胺或三丁胺。

所述涂鑄成膜的方法為澆鑄法或流延法。

本發明所述聚合物陰離子交換膜制備方法的特點是采用高效的復合催化劑實現聚合物的氯甲基化接枝，并且在溶液中進行后續的季銨化反應，大大提高了反應效率。聚合物的交換容量可以通過氯甲基接枝率加以控制。本發明簡單易行，從性能角度上看，所制得的膜機械性能、熱穩定性及離子交換容量遠優于傳統的聚合物陰離子交換膜；便于系列開發以滿足不同應用領域的需要。

具體實施方式

以下通過實施例進一步詳細說明本發明聚合物陰離子交換膜的制備方法。

實施例1：

將1重量單位的聚砜(PSF)溶于5重量單位的1，2-二氯乙烷中，加入0.05重量單位的鋅粉，0.1重量單位的三氟乙酸，再加入1重量單位的氯甲醚，在30℃下攪拌6小時；將上述混合物倒入甲醇中使產物沉淀出來，將沉淀物用水洗滌、干燥并打碎后溶于20重量單位的N，N-二甲基甲酰胺(DMF)，加熱汽化三甲胺水溶液，將三甲胺氣體經過干燥后通入上述溶液5分鐘；將上述反應液用澆鑄法于40℃干燥成膜，即得陰離子交換膜。

上述氯甲基化步驟與季銨化步驟的溶液濃度不影響反應及產物性能。