[发明专利]一步法均相阳离子交换膜及其成型工艺

说明书

 

技术领域：

本发明涉及一种分离技术，更具体地说涉及一种一步法均相阳离子交换膜及其成型工艺。

背景技术：

离子交换膜作为现代分离膜的一种，在水处理，化学工程，新能源等领域有着广泛的应用前景。 在水处理脱盐的某些特定领域，离子交换膜相对于RO膜有着更大的优势，是其他分离膜无法替代的， 例如，小型海水淡化设备，含盐污水的部分脱盐，离子交换树脂填充电渗析（EDI)制备高纯水等；在化学工程领域，离子交换膜的应用可以大大优化传统的化学流程，降低生产成本，实现清洁生产，例如氨基酸的生产，葡萄糖的生产，乳清蛋白的脱盐等；在新能源行业。离子交换膜作为质子膜是生物燃料电池，燃料电池等关键材料。

目前主流的制造均相阳离子交换膜的技术主要是将苯环类的聚合物进行磺化来得到的，例如日本阿斯通公司的CM系列阳离子交换膜和中国专利CN941152294公开的涂浆法制造阳离子交换膜的技术中都是通过苯乙烯类共聚物中的苯环的磺化实现的。

这些方法在生产过程中都需要用浓硫酸或氯磺酸等含磺酸基的强酸磺化基膜，生产过程控制比较难，并产生酸性废水。

发明内容：

本发明的目的是针对现有技术不足之处而提供一种一步法均相阳离子交换膜。该阳离子交换膜的制作过程中无需磺化，生产过程易控制、且环保不产生酸性废水。

本发明的另一个目的是提供制作该阳离子交换膜的成型工艺。该工艺确保离子交换膜的生产容易，成本低。

本发明的目的是通过以下措施来实现：一种一步法均相阳离子交换膜，其特征在于，它由增强纤维布和复合在增强纤维布上的水不溶聚合电解质层构成，其中：

所述水不溶聚合电解质层由含不饱和双键的两种类型的总单体，辅助物质共聚而成：

按总单体的摩尔数百分比计，总单体由下述组分组成：

A. 含阳离子交换功能团的单体                30-70%

B. 疏水性单体或含多乙烯基官能团单体        5%-50%

辅助物质与总单体的质量百分比为：

引发剂                                     0.01%-5%

所述增强纤维布为编织布或无纺布，所述布的厚度为0.05-0.5毫米、布的空隙率要求大于30%，小于80%。

所述含阳离子交换功能团的单体在下列中任选：乙烯基苯磺酸、乙烯基苯磺酸盐、甲基丙烯酸、甲基丙烯酸盐、丙烯酸、丙烯酸盐，甲基丙烯酸磺酸乙酯，丙烯酸磺酸乙酯。

所述疏水性单体或含多乙烯基官能团单体在下列中任选：二乙烯基苯，甲基丙烯酸十八酯，甲基丙烯酸六氟丁酯，乙二醇二丙烯酸乙酯，丙三醇三丙烯酸乙酯，乙二醇二乙烯基醚。

所述引发剂为过氧化物类或偶氨类，过氧化物类在下列中任选：BPO、叔丁基过氧化氢，偶氨类在下列中任选：偶氮二异丁氰，偶氮二异戊氰。

所述辅助物质可选用聚醋酸乙烯酯，其量为总单体质量的≤1%。

所述辅助物质可选用乙丙橡胶，其量为总单体质量的≤1%。

所述辅助物质可选用丙烯酸乙酯，其量为总单体质量的≤1%。

一种一步法均相阳离子交换膜的成型工艺，其特征在于，具体步骤如下：

步骤一、选择槽形耐腐蚀不粘的模具，底部为平整矩形，底部侧面设有一排出口， 槽具内腔能容纳放置多张增强纤维布和不粘隔膜；

步骤二、先在槽形模具底部铺上一层矩形不粘隔膜膜， 然后在不粘隔膜上再铺一层相对应的纤维增强布，纤维增强布的各边和不粘隔膜对齐；

步骤三、将配置的水不溶聚合电解质液浇到纤维增强布上，并充分浸渍纤维增强布，多余的料液从模具底部侧面的排出口流出；

步骤四、在完全浸渍后的纤维增强布上放置一张不粘隔膜、然后再放入下一张纤维增强布，再重复步骤三；

步骤五、重复步骤四，多片不粘隔膜和多片浸渍的纤维增强布呈交替状；

步骤六、在最上层的浸渍后纤维增强布放置一张不粘隔膜，然后在其上缓慢放置一块和成品阳离子交换膜大小相同的平整重物，缓慢的对其下面的多层不粘隔膜和纤维增强布施加0.1-1公斤/平方米的压力；

步骤七、在施加压力的过程中，关闭模具底部侧面的排出口，挤压出的多余水不溶聚合电解质液从纤维增强布中流出，并填充在纤维增强布和槽形模具四周的缝隙中；

步骤八、将模具及其内部层叠的不粘隔膜及浸渍纤维增强布一起放入防爆烘箱中固化，固化温度和固化时间按照所加的引发剂的种类和添加量来决定；