[發明專利]一種聚四氟乙烯基陽離子交換膜的制備方法

有效

• 申請號: 201810734469.6
• 申請日: 2018-08-06
• 公開（公告）號: CN108905650B
• 公開（公告）日: 2020-12-15
• 發明（設計）人: 苗繼斌;梁玉霞;錢家盛;夏茹;曹明;陳鵬;楊斌;蘇麗芬;鄭爭志;伍斌;葛倩倩;周偉斌
• 申請（專利權）人: 安徽大學
• 主分類號: B01D71/36
• 分類號: B01D71/36;B01D67/00
• 代理公司: 合肥市上嘉專利代理事務所(普通合伙) 34125
• 代理人: 郭華俊

本發明公開了一種聚四氟乙烯基陽離子交換膜的制備方法。通過乳液聚合制備功能基團包覆型的高耐堿性聚四氟乙烯基陽離子交換膜；將聚合的乳液倒在聚四氟乙烯平板上自然揮發溶劑成膜。制備的陽離子交換膜包括化學穩定的聚四氟乙烯顆粒，易于成膜的聚丙烯酸酯及提供離子交換的功能單體。本發明的耐堿型陽離子交換膜含水量為31.18?83.97％，溶脹度為20.39?31.62％，質量損失率為2.95?14.35％。本發明的乳液法制備聚四氟乙烯基陽離子膜，不需要對聚四氟乙烯進行各種復雜加工就可以使聚四氟乙烯與丙烯酸酯類單體及功能性單體形成均勻乳膠膜，工藝簡單；使用的溶劑為水，環保價格便宜；制備過程中功能單體的種類選擇性大，制備的陽離子交換膜可帶有不同的官能團并且耐堿性較好。

技術領域

本發明屬于膜分離技術領域，具體涉及一種乳液聚合制備包覆型陽離子交換膜。

背景技術

離子交換膜廣泛應用于廢水處理、化工、酸堿制備及環境保護等領域。可以分為陰離子交換膜和陽離子交換膜，其中，制備陽離子交換膜的高分子材料主要有含氟結構和芳香結構的高分子材料，如Nafion膜，聚苯醚、聚砜、磺化苯乙烯等。目前，制備的陽離子交換膜依然存在耐堿性能差、離子選擇性滲透低、機械性能差、不耐有機溶液和高溫、生產路線復雜及成本昂貴等缺點。所以制備陽離子交換膜的重點在于開發新的膜材料及對現有膜材料改性制備出價格低廉性能優異的離子交換膜。

《膜科學》(Journal of Membrane Science 549（2018）332-349）報道由于聚四氟乙烯的化學惰性使得多孔聚四氟乙烯膜用于各種膜分離。也是由于化學惰性使得聚四氟乙烯與其他物質相容性差，限制了聚四氟乙烯的應用。因此到目前為止，聚四氟乙烯膜主要由拉伸、紡絲、成孔等多種技術產生。板片和中空纖維是聚四氟乙烯膜最常見的形式。

《聚合物的先進技術》（Polymers for advanced technologies 18（2007）544–548）和《膠體與高分子科學》（Colloid and Polymer Science 285（2007）935-940）均報道以聚四氟乙烯乳液為種子乳液，丙烯酸酯包覆聚四氟乙烯乳液改善聚四氟乙烯與其他材料相容性，報道中PTFE聚丙烯酸酯核殼粒子的潤濕性高于原始PTFE。

考察文獻發現利用聚四氟乙烯乳液進行乳液聚合，大多數停留在制備核殼乳液微球階段，利用乳膠膜制備陽離子交換膜應用于耐堿性擴散滲析膜方面尚未見報道。

發明內容

本發明的目的在于提供一種高耐堿性的陽離子交換膜材料，提供一種解決現有的陽離子交換膜種類單一現狀的新思路。

本發明制備的聚四氟乙烯基陽離子交換膜的步驟如下：

（1）將聚四氟乙烯乳液倒入三口燒瓶中，加入去離子水攪拌均勻；甲基丙烯酸甲酯和丙烯酸丁酯混合后，緩慢滴加入三口燒瓶中，攪拌，升溫至75度，溶脹30分鐘；

（2）加入交聯劑羥甲基丙烯酰胺，攪拌10分鐘。

（3）在步驟（2）的基礎上加入引發劑直接反應24小時，得到無官能團的聚四氟乙烯/丙烯酸酯乳液，取10ml乳液，加0.5ml 2MNaOH溶液在120度條件下部分水解4小時，得到含陽離子官能團的乳液，鋪膜。制備出聚四氟乙烯基陽離子交換膜。或者在步驟（2）的基礎上，加入引發劑反應1小時后加入功能單體，繼續反應23小時。反應結束冷卻后在聚四氟乙烯平板上鋪膜。制備出聚四氟乙烯基陽離子交換膜。

進一步的，步驟（1）中聚四氟乙烯（60%固含量）為2.75g，去離子水用量筒取80ml；步驟（2）中甲基丙烯酸甲酯與丙烯酸丁酯單體的質量比為1:1，交聯劑N-羥甲基丙烯酰胺的用量為丙烯酸丁酯與甲基丙烯酸甲酯總質量的3wt%；步驟（3）中引發劑過硫酸鉀為丙烯酸丁酯與甲基丙烯酸甲酯總質量的1wt%，交聯劑和引發劑分別用10ml去離子水溶解。