[發明專利]一種高強低阻離子交換膜

有效

• 申請號: 200910231439.4
• 申請日: 2009-12-07
• 公開（公告）號: CN101773790A
• 公開（公告）日: 2010-07-14
• 發明（設計）人: 張永明;王婧;張恒
• 申請（專利權）人: 山東東岳高分子材料有限公司
• 主分類號: B01D71/32
• 分類號: B01D71/32;B01D69/12;B01D67/00;C08J5/22
• 代理公司: 濟南金迪知識產權代理有限公司 37219
• 代理人: 周慰曾

技術領域

本發明涉及一種離子交換膜，尤其涉及一種具有高機械強度和低膜阻的離子交換膜，屬于離子膜技術領域。

背景技術

常規用于增強離子膜的多孔網布或多孔膜由于不具有離子透過性，會阻擋離子的滲透性能，從而增高膜阻。為了降低增強材料對離子膜的負面影響，研究工作集中于降低增強網的編織密度和絲徑，從而增加增強網的開孔率，降低阻擋面積。但由于當增強網的絲徑過低時，增強效果會顯著降低，編織密度太低則會導致網布節點滑移而產生形變。

為了兼顧增強效果和保持網布的規整性，離子膜的增強網中開始引入犧牲纖維。美國專利U.S.P.No?20020034904A1、U.S.P.No?4552631A、U.S.P.No4072793A和U.S.P.No4964960A以及日本專利JP-A-61-7338和JP-A-64-55393都介紹了一種帶有犧牲纖維的增強網增強的復合離子膜，犧牲纖維的存在降低了增強網的變形量，而且犧牲纖維溶除后大大降低了離子膜體內不具有離子交換性能材料的含量，從而降低膜阻和槽壓。

然而，犧牲纖維的引入也帶來了一系列弊端，即：犧牲纖維溶除后留下的細微通道會導致電槽緊固松弛、陽極液滲漏；另外，犧牲纖維溶除后，剩余主體纖維的間距較大，陰陽極網會直接擠壓膜體，而膜體本身由于存在細微通道導致耐壓、耐折、耐撕裂性能降低，離子膜極易受損。

為了降低犧牲纖維的負面作用，專利U.S.P.No?2002034904A1、CN1065496A分別從網布的編織方法、犧牲纖維的排布、以及網布的嵌入深度等方面盡可能做以改善。但是，犧牲纖維存在時網布所采用的平織方法，使得產品離子膜中剩余主體纖維網間必然存在犧牲纖維溶除后所遺留的低強區，造成此類離子膜的機械強度和使用壽命受限。

另外，無論是帶犧牲纖維還是不帶犧牲纖維的增強材料，由于剩余主纖維的材質與含氟離子交換樹脂不具有相容性，而導致增強材料與離子膜基體之間沒有親合力，存在分離界面，使用過程中，在強外力作用下，界面反而會成為離子膜的破壞點，嚴重影響離子膜的機械強度；且界面間會為雜質或鹽的沉積提供空間，造成離子膜使用壽命降低。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明提供一種高強低阻離子交換膜，該離子交換膜具有高機械強度和低膜阻，且膜體致密，抗滲透、抗離子反遷移效果好，使用過程中化學穩定性好，使用壽命長。

本發明為實現上述目的所采用的技術方案如下：

一種高強低阻離子交換膜，由含氟離子交換樹脂基膜和增強材料復合而成，其特征在于增強材料是由具有離子交換功能的聚合物制成的纖維編織而成的纖維網，且該纖維網經過含金屬離子的磺酸樹脂溶液預處理，再經輥壓、干燥、固定編織節點后，與含氟離子交換樹脂基膜進行復合而得。

上述具有離子交換功能的聚合物，具有以下式(I)所示的通式：

式中：X為-CF₃、-OCF₃、-OC₂F₅或-OC₃F₇；p、t、q為10-10000的整數，且

p/(p+t+q)＝88-97.5％、q/(p+t+q)＝0.1-7％、t/(p+t+q)＝0.1-7％，摩爾比；n＝1或2。

上述具有離子交換功能的聚合物為全氟樹脂，該樹脂作為離子交換纖維材料及其應用見專利文件CN?101003596A和專利文件CN?101003588A。

上述具有離子交換功能的聚合物制成纖維后編織而成的纖維網具有平織、交織、斜紋、亂紋或緞紋的編織結構；優選平織纖維網或交織纖維網。

優選的，平織纖維網或交織纖維網的編織密度為4-40格/cm，優選6-20格/cm；纖維細度為40-300d，優選70-180d。

所述的纖維網采用含金屬離子的磺酸樹脂溶液進行預處理，所述的含金屬離子的磺酸樹脂具有以下式(II)所示的通式：

M?M′＝Ce?Mn?La?Zn?W?Ti?V?Cr?Fe?Co?Ni?Cu?Zr?Nb?Mo?Ru?Rh?Pd?Ta?Re?Ir?Pt?H?Na?K

其中：a、b≥1的整數，c、d＝0或1，c+d≠0；n、m表示金屬價態；

(a+b)/(a+b+c+d)＝0.5-0.99；(c+d)/(a+b+c+d)＝0.01-0.5；

X＝3時Y＝2、X＝4時Y＝2或X＝3時Y＝4。