一種含浸法制作連續(xù)均相陽離子交換膜的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種交換膜的制備方法，尤其是涉及一種含浸法制作連續(xù)均相陽離子交換膜的方法。其主要是解決現(xiàn)有異相離子交換膜致密度差選擇透過率低而均相陽離子交換膜生產(chǎn)效率低的問題，且因?yàn)楝F(xiàn)有異相離子交換膜電解質(zhì)分部不均勻。本發(fā)明先將苯酚和濃硫酸按一定比例一定溫度進(jìn)行磺化反應(yīng)，獲得一棕色對(duì)羥基苯磺酸晶體；再按一定比例加入甲醛水溶液，形成一定均一穩(wěn)定的溶液，再將均一穩(wěn)定的溶液放入上膠機(jī)的膠盆,再配以聚丙烯微孔膜為增強(qiáng)材料，經(jīng)過上膠及上膠機(jī)烘干區(qū)出來即為均相陽離子交換膜。
【專利說明】一種含浸法制作連續(xù)均相陽離子交換膜的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種交換膜的制備方法，尤其是涉及一種含浸法制作連續(xù)均相陽離子 交換膜的方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 目前離子交換膜已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)領(lǐng)域，如：點(diǎn)滲析法對(duì)物料進(jìn)行濃縮或 脫鹽、擴(kuò)散滲析制取各種酸、燃料電池用質(zhì)子交換膜等。均相陽離子交換膜由于固定基團(tuán)于 膜相主體以化學(xué)鍵結(jié)合，結(jié)構(gòu)均一致密，電阻小等特點(diǎn)。相比異相離子交換膜其性能更加優(yōu) 越。均相陽離子交換膜開始用 Y-射線輻照接枝法，其方法如下：首先采用60 (Co)-Y射 線輻照聚乙烯薄膜，使聚乙烯高分子鏈產(chǎn)生自由基，接著聚乙烯分子中的自由基引發(fā)苯乙 烯接枝聚合而成接枝共聚物，既聚乙烯接枝苯乙烯。由于苯環(huán)的存在，可直接用濃硫酸磺化 得到均相陽離子交換膜。之后德國人采用浸潤法將聚乙烯薄膜直接浸在苯乙烯、二乙烯苯 和引發(fā)劑的組成的混合液中。一定時(shí)間后取出，置于壓機(jī)中加壓加熱聚合成基膜，最后將基 膜磺化得到均相陽離子交換膜。第一種輻照接枝法因?yàn)榧庸すに噯栴}不能制備大尺寸的聚 乙烯-苯乙烯型均相陽離子交換膜，無法滿足工業(yè)生產(chǎn)需求.第二種浸潤法制備均相陽離 子交換膜，因?yàn)榻檿r(shí)間比較長又需熱壓所以連續(xù)化生產(chǎn)困難。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明是提供一種含浸法制作連續(xù)均相陽離子交換膜的方法，其主要是解決現(xiàn)有 技術(shù)所存在的輻照接枝法因?yàn)榧庸すに噯栴}不能制備大尺寸的聚乙烯-苯乙烯型均相陽 離子交換膜，無法滿足工業(yè)生產(chǎn)需求，浸潤法制備均相陽離子交換膜，因?yàn)榻檿r(shí)間比較長 又需熱壓所以連續(xù)化生產(chǎn)困難等的技術(shù)問題。
[0004] 本發(fā)明的上述技術(shù)問題主要是通過下述技術(shù)方案得以解決的： 本發(fā)明的一種含浸法制作連續(xù)均相陽離子交換膜的方法，其特征在于所述的方法包 括： a. 在容器中加入苯酚，再加入一定量的濃硫酸，其中苯酚和濃硫酸的質(zhì)量比為1:2-5， 在一定溫度下反應(yīng)2-6小時(shí)，得到一棕色的對(duì)羥基苯磺酸結(jié)晶物體，用水洗去其多余的酸 性； b. 將棕色對(duì)羥基苯磺酸和醛類水溶液按重量比1:0. 6-1. 6的比例混合均勻后放置于 上膠機(jī)的膠盆中； c. 利用增強(qiáng)材料，經(jīng)過上膠機(jī)的膠盆浸潤后再送入上膠機(jī)的烘干區(qū)，分區(qū)揮發(fā)溶劑和 固化，最終出來即為連續(xù)的卷狀均相陽離子交換膜。
[0005] 本方法采用的原材料是以苯酚，濃硫酸，甲醛為主要原材料的選用. 其磺化過程為：容器中加入苯酚和一定量的濃硫酸，在一定溫度反應(yīng)2-6小時(shí)后得到 一棕色的對(duì)羥基苯磺酸結(jié)晶物，用水洗去多余的酸性。反應(yīng)方程式為： Oi-t 0 y φ SO YI 4 DH OH OH 9.一· ^jpcxjx 以.，.、*.< HCl--M i -st-l 其成膜過程為：將對(duì)羥基苯磺酸和甲醛水溶液裝在上膠機(jī)的膠盆里混合均勻.聚丙烯 微孔膜分別經(jīng)過膠盆含浸再過烘干區(qū)固化，經(jīng)過裁剪區(qū)裁邊然后收卷。卷式膜也就是本發(fā) 明所制造的均相陽離子交換膜。所述均相陽離子交換膜的性能為：含水量為20-60%，交換 容量為1.2-2. 8mmol/g-干膜，膜面電阻為1.52-22 Ω · cm2,離子遷移數(shù)為0.90-0. 98。
[0006] 本發(fā)明首先經(jīng)過多次摸索確定原材料配比，因?yàn)榕浔炔划?dāng)很多性能將發(fā)生變化特 別如機(jī)械強(qiáng)度電性能等；其次是確定用上膠機(jī)制造卷式離子交換膜克服了輻照法及其浸 潤法制造離子交換膜的連續(xù)性問題.再次在加工過程中確定加工溫度范圍，解決因?yàn)榧庸?工藝而導(dǎo)致成品外觀及性能上的問題。
[0007] 作為優(yōu)選，所述的步驟a中苯酚的純度在95%以上，硫酸的濃度在98%以上。
[0008] 作為優(yōu)選，所述的步驟a中的反應(yīng)溫度為75_90°C ; 作為優(yōu)選，所述的步驟b中的醛類水溶液為甲醛水溶液或乙醛水溶液。
[0009] 作為優(yōu)選，所述的甲醛水溶液的濃度為35%。
[0010] 作為優(yōu)選，所述的步驟b和c中運(yùn)用上膠機(jī)含浸法連續(xù)生產(chǎn)陽離子交換膜。運(yùn)用 此法，可以解決以前生產(chǎn)不能連續(xù)的問題提高生產(chǎn)效率。
[0011] 作為優(yōu)選，所述的步驟c中上膠過程中增強(qiáng)材料為聚丙烯微孔膜。聚丙烯微孔膜 因?yàn)槲⒖状嬖谒阅苓_(dá)到充分浸潤的效果，因?yàn)榫郾┪⒖啄な蔷郾┎馁|(zhì)，相對(duì)于傳統(tǒng) 滌綸、尼龍具有更高的耐溫性能和耐酸堿性能。
[0012] 作為優(yōu)選，所述的步驟c中烘干區(qū)為分區(qū)加熱方法.不同區(qū)域溫度不同，其溫度范 圍在 90-120°C。
[0013] 因此，本發(fā)明運(yùn)用合成上膠機(jī)含浸法既可以生產(chǎn)較大尺寸的均相陽離子交換膜， 又在一定基礎(chǔ)上保證連續(xù)化生產(chǎn)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0014] 附圖1是本發(fā)明的上膠機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0015] 下面通過實(shí)施例，并結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步具體的說明。
[0016] 實(shí)施例1 :本例的一種含浸法制作連續(xù)均相陽離子交換膜的方法，其步驟為： a. 在容器中加入1重量份苯酚，再加入2. 4重量份98%濃硫酸，其中苯酚和濃硫酸的 質(zhì)量比為1: 2.4,在78°C下反應(yīng)兩小時(shí)得到一棕色的對(duì)羥基苯磺酸結(jié)晶物，用水洗結(jié)晶物 至中性； b. 將棕色對(duì)羥基苯磺酸和35%甲醛水溶液按重量比1:0. 8的比例混合均勻后放置于 上膠機(jī)的膠盆中； c. 以聚丙烯微孔膜為增強(qiáng)材料，經(jīng)過上膠機(jī)的膠盆浸潤后再送入上膠機(jī)的烘干區(qū)，如 圖1，交換膜以倒U形的路徑依次經(jīng)過烘干一區(qū)、烘干二區(qū)、烘干三區(qū)、烘干四區(qū)，烘干一、 二、三、四區(qū)的溫度各是90°C，101 °C，118 °C，108 °C，分區(qū)揮發(fā)溶劑和固化，最終出來即為連 續(xù)的卷狀均相陽離子交換膜。
[0017] 對(duì)于上述實(shí)例1均相陽離子交換膜進(jìn)行測(cè)試，實(shí)測(cè)結(jié)果如下：含水量37. 5%，交換 容量1. 8mmol/g-干膜，膜面電阻7. 5 Ω · cm2，離子遷移數(shù)0. 93,且機(jī)械強(qiáng)度良好。
[0018] 實(shí)施例2 :本例的一種含浸法制作連續(xù)均相陽離子交換膜的方法，其步驟為： a. 在容器中加入1重量份苯酚，再加入2. 8重量份98%濃硫酸，其中苯酚和濃硫酸的 質(zhì)量比為1:2. 8,在85°C下反應(yīng)兩小時(shí)得到一棕色的對(duì)羥基苯磺酸結(jié)晶物，用水洗結(jié)晶物 至中性； b. 將棕色對(duì)羥基苯磺酸和35%甲醛水溶液按重量比1:1. 0的比例混合均勻后放置于 上膠機(jī)的膠盆中； c. 以聚丙烯微孔膜為增強(qiáng)材料，經(jīng)過上膠機(jī)的膠盆浸潤后再送入上膠機(jī)的烘干區(qū)，如 圖1，交換膜以倒U形的路徑依次經(jīng)過烘干一區(qū)、烘干二區(qū)、烘干三區(qū)、烘干四區(qū)，烘干一、 二、三、四區(qū)的溫度各是93°C，106°C，115°C，106 °C，分區(qū)揮發(fā)溶劑和固化，最終出來即為連 續(xù)的卷狀均相陽離子交換膜。
[0019] 對(duì)于上述實(shí)例2均相陽離子交換膜進(jìn)行測(cè)試，實(shí)測(cè)結(jié)果如下：含水量42. 7%，交換 容量2. 2mmol/g-干膜，膜面電阻5. 5 Ω · cm2，離子遷移數(shù)0. 95,且機(jī)械強(qiáng)度良好。
[0020] 實(shí)施例3 :本例的一種含浸法制作連續(xù)均相陽離子交換膜的方法，其步驟為： a. 在容器中加入1重量份苯酚，再加入3. 2重量份98%濃硫酸，其中苯酚和濃硫酸的 質(zhì)量比為1: 3.2,在88°C下反應(yīng)兩小時(shí)得到一棕色的對(duì)羥基苯磺酸結(jié)晶物，用水洗結(jié)晶物 至中性； b. 將棕色對(duì)羥基苯磺酸和35%甲醛水溶液按重量比1:1. 4的比例混合均勻后放置于 上膠機(jī)的膠盆中； c. 以聚丙烯微孔膜為增強(qiáng)材料，經(jīng)過上膠機(jī)的膠盆浸潤后再送入上膠機(jī)的烘干區(qū)，如 圖1，交換膜以倒U形的路徑依次經(jīng)過烘干一區(qū)、烘干二區(qū)、烘干三區(qū)、烘干四區(qū)，烘干一、 二、三、四區(qū)的溫度各是97°C，108°C，114°C，110°C，分區(qū)揮發(fā)溶劑和固化，最終出來即為連 續(xù)的卷狀均相陽離子交換膜。
[0021] 對(duì)于上述實(shí)例3均相陽離子交換膜進(jìn)行測(cè)試，實(shí)測(cè)結(jié)果如下：含水量45. 0%，交換 容量2. 3mmol/g-干膜，膜面電阻4. 8 Ω · cm2，離子遷移數(shù)0. 96,且機(jī)械強(qiáng)度良好。
[0022] 實(shí)施例4 :本例的一種含浸法制作連續(xù)均相陽離子交換膜的方法，其步驟為： a.在容器中加入1重量份苯酚，再加入4. 2重量份98%濃硫酸，其中苯酚和濃硫酸的 質(zhì)量比為1:4. 2,在92°C下反應(yīng)兩小時(shí)得到一棕色的對(duì)羥基苯磺酸結(jié)晶物，用水洗結(jié)晶物 至中性； b. 將棕色對(duì)羥基苯磺酸和35%甲醛水溶液按重量比1:1. 5的比例混合均勻后放置于 上膠機(jī)的膠盆中； c. 以聚丙烯微孔膜為增強(qiáng)材料，經(jīng)過上膠機(jī)的膠盆浸潤后再送入上膠機(jī)的烘干區(qū)，如 圖1，交換膜以倒U形的路徑依次經(jīng)過烘干一區(qū)、烘干二區(qū)、烘干三區(qū)、烘干四區(qū)，烘干一、 二、三、四區(qū)的溫度各是，95°C，105°C，116 °C，103°C，分區(qū)揮發(fā)溶劑和固化，最終出來即為 連續(xù)的卷狀均相陽離子交換膜。
[0023] 對(duì)于上述實(shí)例4均相陽離子交換膜進(jìn)行測(cè)試，實(shí)測(cè)結(jié)果如下：含水量48%，交換容 量2. 4mmol/g-干膜，膜面電阻3. 6 Ω · cm2，離子遷移數(shù)0. 96,且機(jī)械強(qiáng)度良好。
[0024] 以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例，但本發(fā)明的結(jié)構(gòu)特征并不局限于此，任何本 領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明的領(lǐng)域內(nèi)，所作的變化或修飾皆涵蓋在本發(fā)明的專利范圍之中。
【權(quán)利要求】
1. 一種含浸法制作連續(xù)均相陽離子交換膜的方法，其特征在于所述的方法包括： a. 在容器中加入苯酚，再加入一定量的濃硫酸，其中苯酚和濃硫酸的質(zhì)量比為1:2-5， 在一定溫度下反應(yīng)2-6小時(shí)，得到一棕色的對(duì)羥基苯磺酸結(jié)晶物體，用水洗去其多余的酸 性； b. 將棕色對(duì)羥基苯磺酸和醛類水溶液按重量比1:0. 6-1. 6的比例混合均勻后放置于 上膠機(jī)的膠盆中； c. 利用增強(qiáng)材料，經(jīng)過上膠機(jī)的膠盆浸潤后再送入上膠機(jī)的烘干區(qū)，分區(qū)揮發(fā)溶劑和 固化，最終出來即為連續(xù)的卷狀均相陽離子交換膜。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種含浸法制作連續(xù)均相陽離子交換膜的方法，其特征在于 所述的步驟a中苯酚的純度在95%以上，硫酸的濃度在98%以上。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種含浸法制作連續(xù)均相陽離子交換膜的方法，其特征在于 所述的步驟a中的反應(yīng)溫度為75-90°C ; 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種含浸法制作連續(xù)均相陽離子交換膜的方法，其特征在于所 述的步驟b中的醛類水溶液為甲醛水溶液或乙醛水溶液。
4. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種含浸法制作連續(xù)均相陽離子交換膜的方法，其特征在于 所述的甲醛水溶液的濃度為35%。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種含浸法制作連續(xù)均相陽離子交換膜的方法，其特征在于 所述的步驟b和c中運(yùn)用上膠機(jī)含浸法連續(xù)生產(chǎn)陽離子交換膜。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種含浸法制作連續(xù)均相陽離子交換膜的方法，其特征在于 所述的步驟c中上膠過程中增強(qiáng)材料為聚丙烯微孔膜。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種含浸法制作連續(xù)均相陽離子交換膜的方法，其特征在于 所述的步驟c中烘干區(qū)為分區(qū)加熱方法.不同區(qū)域溫度不同，其溫度范圍在90-120°C。
【文檔編號(hào)】B01D67/00GK104107639SQ201410127309
【公開日】2014年10月22日 申請(qǐng)日期:2014年4月1日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月1日
【發(fā)明者】李國民, 陳良, 樓永通, 李佳 申請(qǐng)人:杭州埃爾環(huán)?？萍加邢薰?br>