[发明专利]部分含氟聚合物基阴离子交换膜化学接枝制备法

说明书

技术领域

本发明属于阴离子交换膜制备技术领域，具体是涉及一种部分含氟聚合物基阴离子交换膜的化学接枝制备方法。

背景技术

部分含氟聚合物如聚偏氟乙烯（PVDF）、聚乙烯-四氟乙烯共聚物（ETFE）和聚氟乙烯（PVF）等具有突出的化学稳定性、耐辐射性、抗污染性和耐热性等性能，比全氟聚合物更容易合成和成膜，成本也较低，因此受到众多科研工作者的青睐，成为高分子膜材料研究中的佼佼者。迄今为止，以部分含氟聚合物为原料制备离子交换膜的方法主要包括接枝法和共混法。共混制膜是将部分含氟聚合物与其它具有离子交换功能的聚合物共混得到离子交换膜，该方法简单易行，但是这种方法最大问题是添加的各种材料相容性差，不易得到性能均匀的均相膜，从而影响膜功能和应用。部分含氟聚合物接枝制膜法又分为辐射接枝法、等离子体接枝法和化学接枝法。辐射接枝法具有无需引发剂和催化剂，接枝过程易于控制等优点，但该方法需要辐射源，且对设备条件要求较高，只适合实验室制备，不易大规模生产。等离子体接枝法易于制备表面高功能化、高交联的聚合物，它不足之处是引入的功能基团不稳定，影响膜表面的亲水性，同时对设备要求较高。相对来说化学接枝法是一种操作简单，设备投资低，可以进行大规模生产的方法，因此本文选用化学接枝法制备部分含氟聚合物基阴离子交换膜。首先制备无机物掺杂的部分含氟聚合物基膜，再对基膜进行碱处理，使膜表面产生双键，再依次对膜进行引发、接枝和季胺化，得到部分含氟聚合物基阴离子交换膜。制备过程将引发基膜和接枝单体分步进行，从而使接枝溶液可以多次应用，该方法具有较好的环保性，并具有较低的成本，该研究在目前尚未见到公开报道。采用该方法一方面可有效将阴离子交换基团引入部分含氟聚合物基膜中，另一方面又避免了阴离子交换膜常规制备中应用的氯甲醚等致癌物质。

发明内容

发明目的：

为了解决上述现有技术中存在的各种问题，本发明提出了一种部分含氟聚合物基阴离子交换膜化学接枝制备法，有效将阴离子交换基团引入部分含氟聚合物基膜中，避免了使用致癌物质氯甲醚，克服了上述缺陷。

技术方案：

一种部分含氟聚合物基阴离子交换膜化学接枝制备法，其特征在于：该方法按以下步骤进行：

（1）、部分含氟聚合物基膜的制备或添加纳米蒙脱土的部分含氟聚合物杂化基膜制备：

将部分含氟聚合物粉末溶解于N,N-二甲基乙酰胺、N,N-二甲基甲酰胺或二甲亚砜溶剂中，搅拌使其溶解，得到含氟聚合物质量百分数为10%-12%的铸膜液，静置至完全脱泡，刮膜，得到厚度为600-1000μm的液膜；然后将液膜放入烘箱干燥，温度为40-100℃，时间为5-24h，膜成形后，取出放于水中浸泡，直至膜从玻璃板上脱落，得部分含氟聚合物基膜；

或将部分含氟聚合物粉末溶解于N,N-二甲基乙酰胺、N,N-二甲基甲酰胺或二甲亚砜溶剂中，搅拌使其溶解，再加入占部分含氟聚合物质量5%-15%的纳米蒙脱土，继续搅拌直至蒙脱土均匀分散在溶液体系中，得到含氟聚合物质量百分数为10%-12%的铸膜液，静置至其完全脱泡，刮膜，得到厚度为600-1000μm的液膜；然后放入烘箱烘干，温度为40-100℃，时间为5-24h，膜成形后，取出放于水中浸泡，直至膜从玻璃板上脱落，得添加纳米蒙脱土的部分含氟聚合物杂化基膜；

（2）、基膜表面碱处理：

将2-5mol/L的KOH或NaOH乙醇溶液加入到三口烧瓶中，并加入3mg/ml的正四丁基溴化铵（TBAB）相转移催化剂水溶液，加入的正四丁基溴化铵相转移催化剂水溶液与KOH或NaOH乙醇溶液的体积比为1:20，在氮气保护下，将步骤（1）中得到的部分含氟聚合物基膜或添加纳米蒙脱土的部分含氟聚合物杂化基膜浸泡到混合液中，在50-70℃进行碱处理反应5-30min，得碱处理膜；

（3）、引发碱处理膜及接枝含特定官能团的单体：