[发明专利]一种均相阴离子交换膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于膜技术领域，具体涉及均相阴离子交换膜及其流延法制备路线。

背景技术

阴离子交换膜在电渗析、扩散渗析、膜电解、燃料电池、电化学传感器等方面有广泛的应用，其开发和改进一直受到理论界和工业界的关注。均相阴离子交换膜由于其固定基团与膜相主体以化学键结合，具有结构均匀、电阻小等优点，在电渗析和质子交换膜中的应用更加广泛。

中国专利ZL90103412.6公布的一种糊状法制备阴离子交换膜的方法，由丙烯酸环氧烷酯类或烷基丙烯酸环氧烷酯类（单体）、二乙烯苯等（交联剂）、聚醋酸乙烯或氯乙烯－醋酸乙烯共聚物（增强剂）、邻苯二甲酸二烷酯类（增柔剂）和过氧化苯甲酰或偶氮二异丁腈聚合而成，其制备过程为：先将上述组分配成浆液，然后涂在增强织物上加压加热聚合得到基膜，再同胺类化合物进行胺化反应，即得到具有一定柔韧性的阴离子交换膜。为了得到均匀的涂浆液，该方法采取了加入大量的高分子添加剂，但这些添加剂在胺化过程中本身不能被胺化，所得到的膜仍然为半均相结构。

荷兰《膜科学杂志》（Journal of Membrane Science190(2001)159–166）报导的一种改性聚苯醚制备阴离子交换膜方法，将聚苯醚溶于氯苯制成溶液，往该溶液中滴加溴素，反应在135℃进行，通过控制溴素的加入量可以控制溴化程度，通过控制反应温度可以控制甲基溴化和苯环溴化的选择性。制成的溴化聚苯醚通过甲醇沉淀后，用N，N-二甲基甲酰胺（DMF）重新溶解后在聚氯乙烯薄片上涂膜制成溴化聚苯醚基膜，将基膜浸泡在三甲胺、乙二胺水溶液中进行功能化和交联得到阴离子交换膜。这种方法步骤复杂，浸泡三甲胺、乙二胺水溶液的季铵化过程会破坏基膜的原有结构，导致离子膜强度不高，还可能有细小裂纹影响膜性能。而且这种通过浸泡的季铵化反应是固液异相反应，是通过胺的侵蚀渗透进行反应的，会造成所得膜离子基团分布不均匀等结果。

以上制备阴离子交换膜的方法均使用先成基膜再浸泡胺的水溶液进行季铵化的后功能化路线，这种方法会破坏基膜结构，也会使膜中离子交换基团分布不均，进而影响膜性能，使得该膜在扩散渗析、电渗析等应用中受到了很大的限制。

发明内容

本发明的目的是提出一种均相阴离子交换膜及其制备方法，以克服现有技术的上述缺陷，为均相阴离子交换膜的制备提供一条前功能化的途径。

本发明的均相阴离子交换膜的制备方法，其特征在于：先按将高分子3g溶于9ml溶剂配制溶液，所述溶剂为N，N-二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮或氯苯，或由这三种溶剂配制的混合溶剂；通入三甲胺气体在20℃-50℃进行季铵化反应2-8小时，即得到不同季铵化程度的季铵化高分子增强剂；在季铵化高分子增强剂溶液中加入交联剂和单体，其中交联剂占单体总质量分数的2％－15％；之后加入交联剂与单体总质量的0.6%的引发剂并在70－90℃加热3－10小时聚合得到膜液，所得膜液均匀涂在所述增强织物上或者涂膜板上，烘干后即得到有支撑体或者无支撑体的阴离子交换膜；

所述交联剂为二乙烯基苯；

所述单体选自季铵化氯甲基化苯乙烯、苯乙烯或/和烷基取代苯乙烯，其结构为：

所述引发剂为过氧化苯甲酰或偶氮二异丁腈；

所述高分子增强剂为溴甲基化聚（1，4－二甲基2，6－苯撑氧），其结构为：

或氯乙酰化聚（1，4－二甲基2，6－苯撑氧），其结构为：

采用上述方法制备得到的本发明的均相阴离子交换膜，由季铵化高分子共聚物、高分子增强剂和增强织物组成；其特征在于：所述高分子共聚物为季铵化氯甲基化苯乙烯、苯乙烯或烷基取代苯乙烯与二乙烯苯共聚物；所述季铵化高分子增强剂为季铵化溴甲基化聚（1，4－二甲基2，6－苯撑氧）或季铵化氯乙酰化聚（1，4－二甲基2，6－苯撑氧）；所述增强织物为玻璃纤维布、聚丙烯布、聚氯乙烯布或聚四氟乙烯布；该阴离子交换膜组成成分比例为高分子共聚物与季铵化高分子增强剂的质量比为0－10：10；该阴离子交换膜的含水量为40%－110%，离子交换容量为1.5－2.9mmol/g干膜,膜电阻为1.27-3.56Ω·cm²,离子迁移数为0.88-0.98。