[发明专利]可固化组合物和膜

说明书

技术领域

本发明涉及可固化组合物、它们在膜的制备中的用途以及这种膜在离子交换工艺中的用途。

背景技术

离子交换膜可用于许多应用中，包括：电去离子(EDI)、连续电去离子(CEDI)、电渗析(ED)、反向电渗析(EDR)和在例如用于纯化水的流过式电容器(FTC)中使用的电容去离子，例如用于除氟或回收酸的Donnan或扩散渗析(DD)，用于有机溶剂、燃料电池、水的电解(EL)、冷却塔系统中排污水的处理或者用于氯碱生产的脱水的渗透蒸发，和反向电渗析(RED)，其中从通过离子渗透膜分隔的两个不同盐浓度的流产生电力。

EDI是一种水处理工艺，其中使用膜和电势以影响离子传输而从水性液体除去离子。它不同于其他水净化技术，诸如常规的离子交换，因为它不需要使用诸如酸或苛性钠的化学物质。EDI可以用来生产超纯水。

ED和EDR是从水和其他流体除去离子和其他等带电物质的电化学分离工艺。ED和EDR使用少量的电力将这些物质运输通过由离子交换材料组成的膜，以创建单独的纯化和浓缩流。离子通过直流(DC)电压的方法转移穿过膜，并当电流驱动离子穿过膜时离子从供应的水除去以对工艺流脱盐。ED和EDR是适于生产饮用水的技术。离子交换膜也用于零液体排放(ZLD)和零排放脱盐(ZDD)。

膜电极组件(MEA)的出现适合于多种应用，诸如电解、传感器以及特别是燃料电池。

离子交换膜的生产中的重要问题之一是如何提供具有最小缺陷的薄膜。理想地，该膜具有良好的选择渗透性和低电阻。此外，希望该膜是强劲的同时是柔韧的。柔韧性是膜被缠绕成紧密的环形结构所必需的。膜还需要在一段延长的时间段内保持其物理完整性。膜的强度和完整性可以通过包括多孔支撑件以形成所谓的复合膜来改进。还希望膜能抵抗与它们能接触到的化学物质，例如，抗水解。在与水接触时的低溶胀也可以有助于膜预期在水性环境中的使用。

膜用户要求提供可用的最低的价格，这意味着膜的生产工艺理想上是价格低廉的，并且膜应该能够容易地大量生产。

发明内容

除了用于快速制备复合膜的方法和通过这种方法制备的膜之外，本发明的目的是提供一种适用于制备复合膜的组合物。

根据本发明的第一方面提供了一种可固化组合物，包括：

a)5-65wt％的含有一个烯属不饱和基团和阴离子基团的可固化化合物；

b)2.5-70wt％的含有至少两个丙烯酸基团的交联剂；

c)叔胺；和

d)0-45wt％的惰性溶剂；

其中组分c)与组分a)的摩尔比为至少0.7。

在本说明书(包括其权利要求书)中，动词“包括”及其变形用于其非限制性含义，是指包括其后的项，但不排除没有具体提及的项。另外，通过不定冠词“一”或“一个”提及的要素并不排除存在一个以上的要素的可能性，除非上下文明确要求有一个且仅有一个要素。不定冠词“一”或“一个”因此通常是指“至少一个”。

量(wt％)是指所限定的存在于组合物中的组分的总量。例如，组合物可以包含一种以上所限定的组分，在这种情况下，所限定的量(wt％)是存在于组合物中的所有这种组分的总量。

作为烯属不饱和基团的实例，可以举出乙烯基、甲基丙烯酸基团和丙烯酸基团。

优选的丙烯酸(H₂C＝CHCO-)基团是丙烯酸酯(H₂C＝CHCO₂-)和丙烯酰胺(H₂C＝CHCONH-)基团。优选的甲基丙烯酸(H₂C＝C(CH₃)CO)基团是甲基丙烯酸酯(H₂C＝C(CH₃)CO₂-)和甲基丙烯酰胺(H₂C＝C(CH₃)CONH-)基团。

组分a)具有一个(即仅一个和不超过一个)烯属不饱和基团。组分a)具有至少一个阴离子基团。

优选的阴离子基团是磺基、羧基及磷酸根基团，它们可以是游离酸形式或部分或全部为盐形式。优选的盐是锂、铵、钠和钾盐以及包含其两种或多种的混合物。优选地，当组分a)与其他组分混合以制备可固化组合物时，存在于组分a)中的阴离子基团是游离酸形式。

包含一个烯属不饱和基团和阴离子基团的可固化化合物的实例包括丙烯酸、β-羧基丙烯酸乙酯、马来酸、马来酸酐、乙烯基磺酸、膦酰基甲基化丙烯酰胺、(2-羧乙基)丙烯酰胺，特别是2-(甲基)丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(和上述物质的盐)。