專利名稱：一種異相陰離子交換膜的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種異相陰離子交換膜的制備方法。
背景技術(shù)：
陰離子交換膜在水處理，物質(zhì)的凈化、濃縮、分離、氯堿工業(yè)，重金屬回收，以及堿性陰離子交換膜燃料電池，液流儲(chǔ)能電池，新型超級電容器等方面有著廣泛的用途。由于陰離子交換膜比陽離子交換膜在制備上更加復(fù)雜和困難，而且它在電滲析過程中最容易受沉淀腐蝕和有機(jī)物質(zhì)的污染，直接影響淡化器的壽命，所以開發(fā)陰離子交換膜更有特殊和重要的意義。
目前，制備陰離子交換膜常用方法是通過單體聚合或共聚成高聚物再進(jìn)行功能化，通常包括氯甲基化、季銨化、陰離子交換等過程，這是制備陰離子交換膜的傳統(tǒng)工藝。中國專利200810047595. O公開了一種聚合物陰離子交換膜的制備方法，是將主鏈上含有苯環(huán)并且苯環(huán)之間有醚鍵相連的聚合物溶于溶劑中，使用氯甲醚進(jìn)行氯甲基化反應(yīng)，將氯甲基化的產(chǎn)物溶于溶劑通入三甲胺氣體，得到季銨化產(chǎn)物，最后將季銨化產(chǎn)物溶于高沸點(diǎn)溶劑澆鑄成膜，烘干得到季銨鹽型陰離子交換膜。但是這種方法存在如下難以克服的缺點(diǎn)(I)在氯甲基化反應(yīng)中，大量的次亞甲基聯(lián)橋的副交聯(lián)生成，導(dǎo)致產(chǎn)品性能差，膜電阻高，機(jī)械性能差，抗污染能力差；(2)氯甲基化過程中往往使用易揮發(fā)的氯甲醚、甲醛和氯化氫等有毒物質(zhì)，嚴(yán)重污染環(huán)境，特別是氯甲醚(尤其是二氯甲醚)，是一種致癌物質(zhì)，對身體有害，操作過程不安全，使陰離子交換膜開發(fā)受到了限制。(3)胺化過程中常使用三甲胺、三乙胺等物質(zhì)進(jìn)行季銨化，這些物質(zhì)是可能致癌物質(zhì)，氣味惡臭，難以消除，嚴(yán)重污染環(huán)境。
美國《應(yīng)用聚合物雜志》(Journalof Applied Polymer, 2006,100 (3) 2248-2251)報(bào)導(dǎo)了一種通過自由基聚合制備陰離子交換膜的方法，采用2，2_偶氮二異丁腈作為引發(fā)劑自由基聚合得到4-溴代聚苯醚乙烯基吡啶和苯乙烯的共聚物，然后將共聚物與1-溴代辛烷反應(yīng)形成吡啶鹽，接著將這種成鹽的聚合物溶于硝基甲烷中，獲得鑄膜液，將該鑄膜液涂在網(wǎng)布上形成基膜，其中的硝基甲烷通過在室溫下自然蒸發(fā)除去。這種方法制備工藝較復(fù)雜，需要蒸發(fā)有機(jī)溶劑，會(huì)對環(huán)境產(chǎn)生嚴(yán)重的污染，并且吡啶鹽是一種弱堿性功能基團(tuán)，因此交換容量受到限制。所制備的膜離子傳導(dǎo)率較低，室溫下僅為O. 008S/cm。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種季銨鹽異相陰離子交換膜的制備方法，其反應(yīng)過程對人體及環(huán)境無明顯危害，所制備的陰離子交換膜具有較高的離子交換容量和離子傳導(dǎo)率。
本發(fā)明的陰離子交換膜的制備方法，包括聚合單體、交聯(lián)劑、引發(fā)劑單體漿料的配制，預(yù)處理，熱聚合成膜，水解和銨化步驟。
—種異相陰離子交換膜的制備方法，具體包括如下步驟
(I)配制聚合單體漿料將80-99. 9重量份聚合物單體、O. 1-15重量份交聯(lián)劑、 O. 1-20重量份引發(fā)劑混合；聚合物單體為N-乙烯基酰胺類，分子結(jié)構(gòu)如下
權(quán)利要求
1.一種異相陰離子交換膜的制備方法，具體包括如下步驟(1)配制聚合單體漿料將80 99.9重量份聚合物單體、O.1 15重量份交聯(lián)劑、O.1 20重量份引發(fā)劑混合；聚合物單體為N-乙烯基酰胺類，分子結(jié)構(gòu)如下
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于銨化條件將膜狀物室溫浸潰10-40wt%碘甲烷-乙醇溶液進(jìn)行銨化，銨化時(shí)間為 8h 48h0
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述水解是將聚合后的膜狀物小心從聚酯片上剝離，在3-5M NaOH溶液中進(jìn)行水解，水解時(shí)間5 12h。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于由于N-乙烯基酰胺類聚合單體為非芳香類單體，很難進(jìn)入含氟類薄膜孔徑內(nèi)，因此當(dāng)采用含氟類多孔性薄膜PTFE、PVDF或ETFE作為基膜時(shí)，使用醇類溶劑作為聚合單體引入劑，所用醇類為甲醇、乙醇、正丁醇或異丙醇中的一種或2種以上。即將多孔性薄膜在醇類溶劑中浸泡10秒種以上，然后將多孔性薄膜浸入聚合單體漿料中，取出、去除其表面多余的液體。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于浸有醇類溶劑的多孔性薄膜的熱聚合成膜過程為將浸潰入聚合單體的多孔性薄膜一側(cè)附上聚酯片后置于一平板上，平板放置于熱臺(tái)上進(jìn)行預(yù)熱，完全消除醇類單體引入劑，預(yù)熱溫度為50°C 120°C，時(shí)間I分鐘以上。然后于多孔性薄膜上表面再附上另一片聚酯片，夾于平板之間，再進(jìn)行熱壓聚合，使聚合單體在多孔性薄膜中聚合成交聯(lián)高聚物；聚合溫度50°C 120°C，聚合時(shí)間IOmin 10h，壓強(qiáng) O. 3MPa。
6.根據(jù)權(quán)利要求1、3或5所述的方法，其特征在于所述多孔性薄膜上下表面覆蓋的聚酯片厚度為50 200 μ m。
7.根據(jù)權(quán)利要求1、3或5所述的方法，其特征在于所述用于夾覆蓋聚酯片多孔性薄膜的平板為5 IOcm厚的玻璃板。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于制得膜厚5 120μ m。
全文摘要
一種異相陰離子交換膜的制備方法，包括如下步驟聚合單體漿料的配制，多孔性薄膜浸入聚合物單體漿料中，經(jīng)過熱引發(fā)聚合成膜聚物，在堿性溶液中水解后銨化制備成陰離子交換膜。本發(fā)明制備方法簡單、成本低、不污染環(huán)境，制備出的膜具有較高的離子交換容量和高的離子傳導(dǎo)率，膜的厚度較薄，在堿性燃料電池方面有廣闊的應(yīng)用前景。
文檔編號C08F26/02GK103012829SQ201110288610
公開日2013年4月3日 申請日期2011年9月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月26日
發(fā)明者俞紅梅, 趙云, 邵志剛, 衣寶廉 申請人:中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所