[發明專利]一種均相陽離子交換膜的制造方法

有效

• 申請號: 201110004312.6
• 申請日: 2011-01-11
• 公開（公告）號: CN102134327A
• 公開（公告）日: 2011-07-27
• 發明（設計）人: 葛道才
• 申請（專利權）人: 北京廷潤膜技術開發有限公司
• 主分類號: C08J7/16
• 分類號: C08J7/16;C08J7/14;C08L23/06;C08L23/08;C08L23/20;B01D71/26;B01D67/00;B01J39/20
• 代理公司: 北京北新智誠知識產權代理有限公司 11100
• 代理人: 郭佩蘭

技術領域

本發明涉及化學工程領域中膜分離材料中的陽離子交換膜的制造方法。

背景技術

陽離子交換膜是離子交換膜電滲析裝置中關鍵部件之一。離子交換膜電滲析裝置廣泛用于海水、苦咸水脫鹽制備飲用水，有機化合物脫鹽純化，制備半導體工業、電子工業和電廠高壓鍋爐用的高純水和超純水以及工業廢水處理再利用等。

以聚乙烯薄膜為基底膜含浸苯乙烯，二乙烯苯類的含浸法陽離子交換膜的制造方法已為人所知。美國專利US4,024，043公開了用聚乙烯薄膜為基底的雙極性膜的制造方法。該法是采用高密度聚乙烯薄膜，超高分子量聚乙烯薄膜為基底膜，浸入苯乙烯，二乙烯苯（交聯劑）和過氧化苯甲酰（引發劑）組成的溶液中，在70-90℃高溫下浸泡10分鐘到1小時，取出，兩面夾鋁箔，然后夾在兩塊平板玻璃之間，加壓，加熱聚合得基膜。基膜內的聚苯乙烯含量在15%-45%范圍。接著將基膜的一側面用氯磺酸或硫酸進行磺化，得到雙極膜的陽離子交換層。該法在磺化反應之前，還需將基膜用二氯乙烷進行溶脹處理。該法的缺點是（1）采用高密度聚乙烯薄膜和超高分子量聚乙烯薄膜作為基底膜。由于聚乙烯薄膜的結晶度高，結構緊密，無定形區范圍少，苯乙烯和二乙烯苯不易進入薄膜內部，需在高溫（70-90℃）下，將膜的結晶區部分破壞，才能使苯乙烯和二乙烯苯進入，但進入量不多，因此制得的基膜含苯乙烯和二乙烯苯的量（稱為含浸率，其定義為基底膜浸液后并經加壓加熱聚合后所得基膜的重量（w₂）減去原基底膜的重量（w₁）再除以原基底膜的重量（w₁）即為含浸率，其式為????????????????????????????????????????????????×100%）不高，至多45%，這樣，制得的陽層的陽離子交換膜的交換容量不高，電阻較大。（2）該法在70-90℃下進行浸膜，引發劑過氧化苯甲酰在80℃下就要分解，引發苯乙烯和二乙烯苯的共聚反應，所以，浸膜過程中容易引起聚合反應，或使溶液變粘，溶液只能使用一次即廢棄。（3）磺化反應前，用二氯乙烷浸膜使膜預溶脹。二氯乙烷有毒，對大規模生產不利。

國內王振堃在其所著的《離子交換膜—制備，性能及應用》一書（化學工業出版社，1986年）中公開了聚乙烯-苯乙烯含浸膜的制造方法。其方法是將厚度為0.25mm的高壓聚乙烯薄膜浸于含少量引發劑偶氮二異丁腈和透平油的苯乙烯，二乙烯苯中，苯乙烯與二乙烯苯的重量比例為100:3，緩慢升溫至60℃1小時，保溫45分鐘，擠去多余單體，再用熱水沖洗，在壓機上進行固化，于65℃-75℃保溫7小時，即得基膜。接著將基膜在二氯乙烷中于38-40℃溶脹2小時。抽去溶脹劑，置于93%硫酸中于78℃-80℃磺化8小時，即得陽離子交換膜。該法所得的基膜含浸率不高，30%-40%，陽離子交換容量在1.8-2.0毫克當量/克干膜范圍。所得陽離子交換膜無彈性。

發明內容

本發明的目的是提出一種均相陽離子交換膜的制造方法，本方法可使含浸溫度大大降低，在25-40℃下就能得到含浸率高達70%-80%的基膜，并且苯乙烯和二乙烯苯溶液可以重復利用，制得的陽離子交換膜容量高，可高達2.5毫克當量/克干膜，面電阻約1cm2，磺化不需用二氯乙烷預溶脹基膜。

為達到上述發明目的，本發明采用以下技術方案：

這種均相陽離子交換膜的制造方法，它包括以下步驟：

（1）、以聚乙烯和乙烯與辛烯共聚物彈性體二元共混的合金膜或以聚乙烯和乙烯與辛烯共聚物彈性體和聚異丁烯橡膠三元共混的合金膜做基底膜；

（2）、將基底膜浸在苯乙烯，二乙烯苯和過氧化苯甲酰的溶液中，將含浸膜加壓，加熱聚合得基膜；

（3）、將基膜在濃硫酸中磺化，得陽離子交換膜。

基底膜聚乙烯和乙烯與辛烯共聚物彈性體二元共混合金膜中，彈性體含量為20%—50%（重量百分）。乙烯與辛烯共聚物彈性體中辛烯含量為20%-45%（重量百分）。

聚乙烯，乙烯與辛烯共聚物彈性體和聚異丁烯橡膠三元共混合金膜中，乙烯與辛烯共聚物彈性體含量為20%-30%（重量百分），聚異丁烯橡膠含量為1%-5%（重量百分），乙烯與辛烯共聚物彈性體中，辛烯含量為20%-30%。

基底膜浸在含苯乙烯，二乙烯苯和過氧化苯甲酰的溶液中，二乙烯苯用量為苯乙烯用量的0.5%-20%（重量百分），過氧化苯甲酰的用量為苯乙烯用量的0.5%-1%（重量百分）。

基底膜浸在含苯乙烯，二乙烯苯和過氧化苯甲酰溶液中的含浸溫度為25-40℃，時間為1-4小時。