專利名稱：一種質(zhì)子交換膜的成膜方法及成膜裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及質(zhì)子交換膜領(lǐng)域，具體是一種質(zhì)子交換膜的成膜方法及成膜裝置。
背景技術(shù)：
常用質(zhì)子交換膜，比如Nafion膜，抗氧化還原性能良好，但抗金屬離子滲透能力不強且價格昂貴。為了獲得離子導(dǎo)電能力強，提高阻止分隔兩邊液體中離子如金屬離子滲透能力，提高薄膜的性價比，簡化生產(chǎn)工藝，人們開始尋找Nafion膜的替代品——新型質(zhì)子交換膜，比如聚偏氟乙烯類，聚砜類，聚醚砜類，聚醚酮類等，獲得性能滿足工業(yè)化要求的制膜技術(shù)近年來已成為關(guān)注的焦點?，F(xiàn)有文獻或技術(shù)中大多僅限于小面積質(zhì)子交換膜的制備及表征，關(guān)于生產(chǎn)性能滿足實際需求的大面積膜的報道很少。按照傳統(tǒng)工藝生產(chǎn)的大面積 質(zhì)子交換膜由于成膜方式不符合實用需求而不能被廣泛使用，比如采用熱風(fēng)工藝干燥成膜時，對流熱空氣將熱傳遞到膜表面，膜最外層由于最先接觸到熱空氣很快固化結(jié)膜，這就阻礙了膜內(nèi)層溶劑的擴散，降低了干燥速度。當(dāng)內(nèi)層溶劑突破外層膜揮發(fā)時，會使外層膜留下較大的微孔，并造成表面不均勻，褶皺，水紋等問題；采用擠壓工藝干燥成膜時，也會造成較大的微孔，總體性能達不到使用要求。所以，發(fā)明一種全新的、科學(xué)合理的質(zhì)子交換膜的成膜方法及成膜裝置十分必要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于開發(fā)一種全新的、防止膜表面起皺或水紋，且均勻質(zhì)子交換膜的成膜方法及成膜裝置。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案
一種質(zhì)子交換膜的成膜方法及成膜裝置，包括如下步驟和工藝條件
(1)將預(yù)先合成的聚合物原料和有機溶劑按重量比I:I 1: 20混合；
(2)將步驟(I)所得混合物在室溫 2001攪拌至充分溶解，用過濾裝置進行加壓或減壓過濾處理除去不溶物及雜質(zhì)，得到澄清透明濾液；
(3)將步驟(2)所得濾液倒入預(yù)先調(diào)平好的成膜裝置中的操作臺上，在30 200°〇干燥O. 5 10 h，在干燥的同時通入循環(huán)冷凝水進行冷凝，使有機溶劑回流至成膜裝置的底部溝槽內(nèi)回收再利用；
(4)將已干燥成型的質(zhì)子交換膜取出成膜裝置，冷卻至室溫，平板加壓密封保存，備
用；
(5)步驟(I)所述的聚合物原料為磺化處理過的聚氟乙烯類，聚砜類，聚醚砜類，聚醚酮類等聚合物中的一種或多種。所述有機溶劑為N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺、二甲基亞砜或者N-甲基吡咯烷酮一種或多種；
(6)步驟(2)所述的過濾裝置為耐酸堿和有機溶劑的鈦網(wǎng)，玻沙漏斗，陶瓷漏斗等；
(7)步驟(3)所述的干燥方式為在室溫 200°C之間按一定升溫速率程序控溫。本發(fā)明公開的質(zhì)子交換膜的成膜裝置結(jié)構(gòu)示意圖及正面剖視圖參見圖I和圖2。如圖所示，質(zhì)子交換膜的成膜裝置包括主體I、加熱裝置2、反射面板3、透射面板4、上進水口 5、上出水口 6、下進水口 7、下出水口 8、操作臺面9、環(huán)形溝槽10、回收溶劑液口 11、頂部及與主體連接部位12、頂蓋13、加熱裝置接線孔14、控溫?zé)犭娕继筋^孔15、操作臺支撐底座16、主體支撐底座17。所述的成膜裝置主體I為雙層矩形箱，頂部12為四面均勻傾斜的雙層中空蓋型，頂蓋13為帶雙層中空可視透明的玻璃窗口，主體I至頂蓋13之間的雙層中空位置為冷凝水經(jīng)過和保持的位置，包含冷凝水上進水口 5和上出水口 6。主體I底部四周帶有回收冷凝溶劑的環(huán)形溝槽10，包含冷凝水下進水口 7和下出水口 8。加熱裝置2為石英管，氧化鎂管，陶瓷板，碳化硅板等紅外線輻射板狀或管狀裝置，加熱裝置2正上方帶有氧化鋁板、陶瓷板、銅板、鋁合金板、不銹鋼板等熱反射面板3，反射面板3的面積略大于加熱裝置2面積，以保證充分反射向上的紅外輻射，加熱裝置2正下方帶有透明的玻璃或玻璃陶瓷等透射面板4，透射面板4的面積略大于加熱裝置2面積，以保證紅外輻射大量均勻的透過透射面板 4。這種加熱方式可以有效的提高能量的利用率，使加熱方式更加均勻快速，得到的膜表面更加均勻，可以有改善傳統(tǒng)加熱方式帶來的諸多問題。加熱裝置2與反射面板3和透射面板4之間的垂直距離均可調(diào)節(jié)，與操作臺面9垂直距離可變化，易于優(yōu)化加熱速率，縮短干燥時間，提高干燥效率。主體支撐底座17可粗糙調(diào)節(jié)水平且?guī)в谢瑒虞喓凸潭ㄑb置，操作臺支撐底座16固定且可精細調(diào)節(jié)水平。操作臺面9為普通玻璃板，鋼化玻璃板，不銹鋼板等平板。根據(jù)本發(fā)明所公開的技術(shù)方案所使用的成膜裝置不用鼓風(fēng)或負壓操作并且可以均勻有效地利用熱輻射能量和回收有機溶劑，節(jié)約能量，安全環(huán)保。所生產(chǎn)的質(zhì)子交換膜面積大，表面平整，無褶皺，厚度均勻。


圖I本發(fā)明質(zhì)子交換膜的成膜裝置結(jié)構(gòu)示意圖 圖2本發(fā)明質(zhì)子交換膜的成膜裝置正面剖視圖
權(quán)利要求
1.一種質(zhì)子交換膜的成膜方法及成膜裝置，其特征在于包括如下步驟和工藝條件 (1)將預(yù)先合成的聚合物原料和有機溶劑按重量比I:I 1: 20混合； (2)將步驟(I)所得混合物在室溫到2001攪拌至充分溶解，用過濾裝置進行加壓或減壓過濾，得到澄清透明濾液； (3)將步驟(2)所得濾液倒入預(yù)先調(diào)平好的成膜裝置中的操作臺上，在30 200°〇干燥O. 5 10 h，在干燥的同時通入循環(huán)冷凝水進行冷凝，使有機溶劑回流至成膜裝置的底部溝槽內(nèi)； (4)將已干燥成型的質(zhì)子交換膜取出成膜裝置，冷卻至室溫，平板加壓密封保存，備用。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的質(zhì)子交換膜的成膜方法及成膜裝置，其特征在于步驟(I)所述的聚合物原料為磺化處理過的聚氟乙烯類，聚砜類，聚醚砜類，聚醚酮類等聚合物中的一種或多種，所述有機溶劑為N，N- 二甲基甲酰胺、N，N- 二甲基乙酰胺、二甲基亞砜或者N-甲基吡咯烷酮一種或多種。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的質(zhì)子交換膜的成膜方法及成膜裝置，其特征在于步驟(2)所述的過濾裝置為耐酸堿和有機溶劑的鈦網(wǎng)，玻沙漏斗，陶瓷漏斗等。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的質(zhì)子交換膜的成膜方法及成膜裝置，其特征在于步驟(3)所述的干燥方式為在室溫 200 °C之間按一定升溫速率程序控溫。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的質(zhì)子交換膜的成膜方法及成膜裝置，其特征在于步驟(3)所述的成膜裝置主體為雙層矩形箱，頂部為四面均勻傾斜的雙層中空蓋型，頂蓋為帶雙層中空可視透明的玻璃窗口，主體至頂蓋之間的雙層中空位置為冷凝水經(jīng)過和保持的位置，主體底部四周帶有回收冷凝溶劑的環(huán)形溝槽。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的質(zhì)子交換膜的成膜方法及成膜裝置，其特征在于步驟(3)所述的成膜裝置的包括冷凝水上進水口、上出水口和下進水口、下出水口。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的質(zhì)子交換膜的成膜方法及成膜裝置，其特征在于步驟(3)所述的成膜裝置主體內(nèi)的加熱裝置為石英管，氧化鎂管，陶瓷板，碳化硅板等紅外線輻射板狀或管狀裝置，加熱裝置正上方帶有氧化鋁板、陶瓷板、銅板、鋁合金板、不銹鋼板等熱反射面板，反射面板的面積大于加熱裝置面積，加熱裝置正下方帶有透明的玻璃或玻璃陶瓷等透射面板，透射面板的面積略大于加熱裝置面積，加熱裝置與反射面板和透射面板之間的垂直距離均可調(diào)節(jié)，與主體內(nèi)的操作臺面垂直距離可變化。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的質(zhì)子交換膜的成膜方法及成膜裝置，其特征在于步驟(3)所述的成膜裝置的主體支撐底座可粗糙調(diào)節(jié)水平且?guī)в谢瑒虞喓凸潭ㄑb置，主體內(nèi)操作臺支撐底座固定且可精細調(diào)節(jié)水平。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的質(zhì)子交換膜的成膜方法及成膜裝置，其特征在于步驟(3)所述的成膜裝置主體內(nèi)的操作臺面為普通玻璃板，鋼化玻璃板，不銹鋼板等平板。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種質(zhì)子交換膜的成膜方法及成膜裝置，屬于質(zhì)子交換膜制備技術(shù)，包括以下步驟在一定溫度下，將聚合物原料攪拌溶解于適量溶劑中，過濾后將濾液倒入成膜裝置的操作臺上進行干燥成膜。本發(fā)明中質(zhì)子交換膜的生產(chǎn)方法簡單易行，成膜裝置的設(shè)計科學(xué)合理，不用鼓風(fēng)或負壓操作可以均勻有效地利用熱輻射能量和回收有機溶劑，節(jié)能環(huán)保，成膜快速高效。制得的膜面積大、表面平整、無褶皺、厚度均勻，且所獲薄膜的微孔結(jié)構(gòu)具有良好的阻隔金屬離子的交叉滲透能力，有望應(yīng)用在儲能電池、電解、電滲析等多個領(lǐng)域。
文檔編號C08L27/22GK102964614SQ20121049038
公開日2013年3月13日 申請日期2012年11月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月28日
發(fā)明者王瑞林, 王剛, 陳金偉, 姜春萍 申請人:四川大學(xué)