[發明專利]聚苯乙烯/聚偏氟乙烯季銨型陰離子交換合金膜制備方法

無效

• 申請號: 201310142477.9
• 申請日: 2013-04-24
• 公開（公告）號: CN103223305A
• 公開（公告）日: 2013-07-31
• 發明（設計）人: 雷引林;梅樂和;羅云杰;陳飛;陳文瀾
• 申請（專利權）人: 浙江大學寧波理工學院
• 主分類號: B01D71/34
• 分類號: B01D71/34;B01D67/00;C08F212/08;C08F8/44;C08F8/24
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 周烽

技術領域

本發明屬于功能高分子膜制備技術領域，特別涉及一種具有互穿網絡結構的聚苯乙烯/聚偏氟乙烯季銨型陰離子交換高分子合金膜的制備方法。

背景技術

離子交換膜一般在膜上固載了可發生離子交換（或傳導）作用的基團，如固載磺酸基可以交換陽離子（如鈉離子），固載季胺基可以交換陰離子（如氯離子）。由于離子交換膜具有獨特的離子交換（傳導）特性，使它在清潔生產、環境保護、能量轉化等方面發揮著越來越重要的作用，特別適合于現代工業對脫鹽分離、新能源、節能、低品位原材料再利用和環境污染治理的需要。

根據結構不同，離子交換膜可以分為異相膜、半均相膜和均相膜。其中，異相離子交換膜一般采用熱壓成型工藝制造，即將由離子交換樹脂工廠提供的離子交換樹脂粉碎，加入熱塑性的粘結劑聚合物（如低密度聚乙烯），混合后熱壓而成。其制造過程系單純的高分子物理加工過程，工藝相對簡單，污染小（一般只有少量的熱塑加工產生的廢氣污染），生產成本較低。但是，由于起骨架支撐作用的疏水性粘結聚合物與起離子傳導（交換）作用的親水性樹脂粉之間的極性相差較大，使得異相離子交換膜在電驅動膜分離應用時容易出現結構分離現象，存在明顯的“脫粉”和“空穴”缺陷。另一方面，均相離子交換膜的制造，通常是預先成基膜，再對基膜實施功能基化反應來引入離子交換基團。如聚苯乙烯系陰離子交換膜，需要將聚苯乙烯基膜先實施氯甲基化，再實施胺化反應而得。而要對整膜實施功能基化反應，反應過程難以精確操控，對過程控制和裝備的要求都很高，且難以保證每個批次產品性能的穩定性。

為止，我們之前結合利用我國現有的離子交換樹脂產業和異相離子交換膜產業的技術和裝備條件，提出了一種聚苯乙烯系離子交換合金膜的制備方法（中國發明專利申請號201110417296.3）。隨后考慮到聚偏氟乙烯優異的耐熱性、化學穩定性、成膜柔韌性和熱塑加工性能，進一步提出了一種聚苯乙烯/聚偏氟乙烯陽離子交換膜的制備方法（中國發明專利申請號201210259047.0）。本發明將更大純度上結合陰離子交換樹脂生產和異相陰離子交換膜制造的實際情況，集成、銜接兩個行業的工藝路線，提出一種聚苯乙烯/聚偏氟乙烯季銨型陰離子交換膜的制備方法。

發明內容

本發明的目的是為了全面提升傳統聚苯乙烯系異相陰離子交換膜的綜合性能，提供一種具有高分子互穿網絡結構的聚苯乙烯/聚偏氟乙烯季銨型陰離子交換合金膜的制備方法，該方法制造的陰離子交換膜的結構和性能，均優于陰離子交換異相膜，而接近于均相膜。

本發明的目的是通過以下技術方案來實現的：一種聚苯乙烯/聚偏氟乙烯季銨型陰離子交換合金膜的制備方法，該方法包括以下步驟：

1、先將苯乙烯、交聯劑和引發劑按質量配比100:2~10:1~10組成的單體溶液，緩慢滴加到聚偏氟乙烯溶液之中，單體溶液與聚偏氟乙烯溶液的質量配比為5~40:100，充分混合，得到均勻的苯乙烯/聚偏氟乙烯復合溶液；

2、將復合溶液加熱至65~105℃，聚合5~20小時之后得到聚苯乙烯/聚偏氟乙烯膠狀物；將膠狀物擠出、水沉淀固化、拉絲、造粒，得到聚苯乙烯/聚偏氟乙烯合金顆粒；將合金顆粒烘干，粉碎，得到聚苯乙烯/聚偏氟乙烯合金粉；

3、加入氯甲醚和無水氯化鋅，在35~50℃下對聚苯乙烯/聚偏氟乙烯合金粉末實施氯甲基化反應4?~12小時，氯甲醚、無水氯化鋅和聚苯乙烯/聚偏氟乙烯合金粉的質量配比為200~800:60~120:100；將氯甲基化產物用甲縮醛洗滌數次，制得氯甲基化合金粉；

4、加入胺化溶液，在25~50℃下對氯甲基化合金粉實施胺化反應2~12小時，胺化溶液的使用量為氯甲基化合金粉質量的250%~800%；洗滌、干燥之后即制得季銨型陰離子交換合金粉；

5、將季銨型陰離子交換合金粉投入密煉機，添加顏料、增柔劑、抗氧化劑和脫模劑等輔料，在160~210℃下密煉15~60分鐘，出料；然后送入開煉機，在150~200℃下開煉10~30分鐘，拉片；再送入熱壓機中，160~210℃、20~60兆帕下熱壓15~60分鐘，冷卻，制得所述的聚苯乙烯/聚偏氟乙烯季銨型陰離子交換合金膜。