[发明专利]一种离子交换膜的工业制备方法及装置

说明书

本发明提供一种离子交换膜的工业制备方法及装置，将基底膜通过辊轴依次经过含浸室、隧道炉和反应室，能够连续地完成基底膜的含浸、聚合反应、胺化反应或者磺化反应，得到阴离子交换膜或者阳离子交换膜，隧道炉入口备用辊轴和隧道炉出口备用辊轴用于当含浸室、隧道炉和反应室内膜的工艺时长不一致时进行替换，从而高效地实现了离子交换膜的工业制备装置的连续式操作，同时也提高了制备效率。本发明所提供的离子交换膜的工业制备装置简单、操作复杂性低，易于推广和应用。通过本发明的工艺制备的膜具有优异的化学和物理性能，具有良好的膜参数。

技术领域

本发明属于膜分离材料制备技术领域，尤其是涉及一种离子交换膜的工业生产方法及装置。

背景技术

随着电渗析法在海水、苦咸水脱盐制备饮用水，有机化合物脱盐纯化，工业废水处理再利用等领域的广泛使用，对离子交换膜工业制备方法的不断改进和完善变得越来越重要，减少工艺步骤和提高生产效率成为工业规模上连续生产的核心目的。

专利1021828C公开了一种异相离子交换膜的工业制备方法，用线性低密度聚乙烯基合金与粉状离子交换树脂共混，四辊压延机连续成膜，并采用高温瞬时连续压网工艺，利用辊筒之间的压力与膜表面的熔融状态将网布压入膜片内，最后连续收卷成品。该方法的不足是膜呈现两相不均匀的分离，离子交换树脂与骨架极性相差大，使用时易造成脱落和分离现象。

均相离子交换膜膜的制备方法主要有薄膜辐射接枝法、本体聚合切削法、流延热压法、基膜浸吸法、涂浆法等。薄膜辐射接枝功能化程度不易控制，难以实现工业化连续生产；本体聚合切削法需要特殊模具和设备完成切削，对生产设备要求较高，不利于成本的降低和生产效率的提高。

专利201811298918.3中采用了将St-DVB-BPO溶液滴加到聚偏氟乙烯溶液中形成溶液，然后热引发聚合，将胶状物产物挤出造粒、烘干粉碎后磺化和胺化，然后加入助剂通过双螺杆挤出机挤出后嵌入增强网布最后得到阴阳离子交换膜。这种聚合方法得到的离子交换树脂，单体溶液在粘度较大的聚偏氟乙烯溶液里混合均匀程度难以保证，且单体溶液滴加缓慢延长了生产时间，树脂颗粒需要粉碎步骤，增加了生产周期，降低生产效率。而且，在工业生产上进行功能化反应制取阴树脂时，粉末状的聚合物功能化后清洗时容易堵网，耗时耗能。这些工艺得到的离子交换膜连续化生产难度大，成卷效率较低。

发明内容

本发明的第一个目的在于，针对现有技术的不足，提供一种高效便捷的离子交换膜的工业制备方法。

为此，本发明的上述目的通过以下技术方案来实现：

一种离子交换膜的工业制备方法，包括如下步骤：

(1)将基底膜通过辊轴系统传输至含浸室内含浸，含浸室内盛有苯乙烯系单体、交联剂和引发剂共混的含浸液；

(2)将含浸后的膜通过收卷辊轴收卷，然后通过辊轴系统传输至隧道炉内进行聚合反应；

(3)将聚合反应后的膜通过收卷辊轴收卷，然后通过辊轴系统传输至反应室内进行胺化或者磺化反应，随后通过收卷辊轴收卷得到阴/阳离子交换膜；反应室内盛有胺化剂或者磺化剂的反应液。

在采用以上技术方案的同时，本发明还可以采用或者组合采用以下技术方案：

优选地，在步骤(1)中，基底膜含浸的同时，还可以用含浸液对基底膜在承受应力较大位置处进行喷淋。

优选地，膜进行胺化或者磺化反应的同时，还可以用反应液对膜在承受应力较大位置处进行喷淋。

优选地，基底膜为聚丙烯、聚乙烯和苯乙烯类弹性体二元或三元共混；含浸液中，苯乙烯系单体为苯乙烯或氯甲基苯乙烯，交联剂为二乙烯基苯或二甲基丙烯酸乙二醇酯，引发剂为过氧化二苯甲酰或偶氮二异丁腈；溶剂为NMP或DMF。

优选地，胺化剂为叔胺类水溶液，磺化剂为浓硫酸、氯磺酸或液态三氧化硫。