一種離型紙轉(zhuǎn)移法生產(chǎn)聚合物基異相離子交換膜的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種離型紙轉(zhuǎn)移法生產(chǎn)聚合物基異相離子交換膜的方法，其特征在于按如下步驟進(jìn)行：以聚合物作為粘接劑與粉狀離子交換樹脂及分散劑、流平劑、偶聯(lián)劑作為原料，采用離型紙轉(zhuǎn)移法獲得聚合物基異相離子交換膜。本發(fā)明采用離型紙轉(zhuǎn)移法生產(chǎn)聚合物基異相離子交換膜，離子交換樹脂在聚合物基里分布均勻，膜的厚度均勻，強(qiáng)度高，膜電阻低，綜合性能接近于均相離子交換膜。
【專利說明】一種離型紙轉(zhuǎn)移法生產(chǎn)聚合物基異相離子交換膜的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于膜分離【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種離型紙轉(zhuǎn)移法生產(chǎn)聚合物基異相離子交換膜制備方法。
技術(shù)背景
[0002]離子交換膜(1n-exchange membrane, IEM)是一種含離子基團(tuán)的、對溶液的離子具有選擇透過能力的高分子膜。離子交換膜可分為陽離子交換膜和陰離子交換膜兩類。陽離子交換膜大都含有磺酸基(一S03H)、羧基(一C00H)或苯酚基(一C6H4OH)等酸性基團(tuán)，其中的氫離子能與溶液中的金屬離子或其他陽離子進(jìn)行交換；陰離子交換膜含有季胺基[-N(CH3)3OHh胺基(一NH2)或亞胺基(一NH2)等堿性基團(tuán)，其中的氫離子能與溶液中的金屬離子或其他陰離子進(jìn)行交換。離子交換膜主要應(yīng)用于海水淡化，環(huán)境污染治理，清潔分離，電化學(xué)合成，工業(yè)廢液處理如廢酸、廢堿的回收，新能源如燃料電池隔膜及選擇性電極等。
[0003]異相離子交換膜的的生產(chǎn):在我國生產(chǎn)異相離子交換膜已經(jīng)有60多年歷史了，目前國內(nèi)離子膜廠家的主要產(chǎn)品(如上?；S生產(chǎn)的3361異相陽離子交換膜和3362)。異相離子交換膜常采用高分子成型加工方法生產(chǎn):中國專利申請?zhí)?9100215.4將離子交換樹脂粉、惰性粘結(jié)劑(如聚乙烯、聚丙烯等)、增柔劑(如聚異丁烯)等混煉、拉片，采用四輥壓延成型法生產(chǎn)，該專利生產(chǎn)效率得到一定提高，但工藝流程長，投資成本大，產(chǎn)品質(zhì)量不易控制。中國專利號201110417280.2，采用離子交換樹脂粉和粘結(jié)聚合物骨架之間增加了在水溶液中可適度溶脹的兩親性離子交換聚合物夾層，使粘結(jié)劑聚合物網(wǎng)絡(luò)與離子交換樹脂粉之間的結(jié)合更加牢固，避免離子交換樹脂粉脫落，該方法制備工藝復(fù)雜，生產(chǎn)效率低，不易連續(xù)化生產(chǎn)，有機(jī)溶劑不能回收，無法綠色生產(chǎn)。荷蘭《膜科學(xué)雜志》(Journal ofMembrane Science, 2010, 351, 178-188)介紹了采用四氫呋喃做溶劑，采用超聲的方法將聚苯乙烯-丙烯腈-丁二烯、高抗沖聚苯乙烯、陽離子交換樹脂粉混合均勻，制備異相離子交換膜，該制備方法工藝雖簡單，但生產(chǎn)效率低，有毒溶劑四氫呋喃無法回收，不能綠色生產(chǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明為避免上述現(xiàn)有技術(shù)所存在的不足之處，提供一種工藝簡單、生產(chǎn)效率高且產(chǎn)品質(zhì)量可靠的離型紙轉(zhuǎn)移法生產(chǎn)聚合物基異相離子交換膜的方法。
[0005]本發(fā)明解決技術(shù)問題，采用如下技術(shù)方案:
[0006]本發(fā)明公開了一種離型紙轉(zhuǎn)移法生產(chǎn)聚合物基異相離子交換膜的方法，其特點(diǎn)在于按如下步驟進(jìn)行:以聚合物為粘接劑，與粉狀離子交換樹脂及分散劑、流平劑、偶聯(lián)劑作為原料，采用離型紙轉(zhuǎn)移法獲得聚合物基異相離子交換膜。
[0007]優(yōu)選的，上述方法是按如下步驟進(jìn)行:
[0008]a、將粉狀離子交換樹脂干燥，研磨，篩選，獲得篩選后粉狀離子交換樹脂粉；
[0009]b、將所述篩選后粉狀離子交換樹脂粉與聚合物、溶劑、分散劑、流平劑及偶聯(lián)劑混合攪拌均勻后篩選，獲得濾料；[0010]C、將所述濾料涂覆在離型紙上，烘干，冷卻、剝離，即得聚合物基異相離子交換膜。
[0011]優(yōu)選的，步驟a所述干燥是在120°C條件下干燥不小于24小時(shí)；所述研磨是研磨至粒徑不大于20 μ m ;步驟a所述篩選是以200目以上標(biāo)準(zhǔn)篩進(jìn)行。
[0012]步驟b中所述溶劑質(zhì)量為聚合物質(zhì)量的30%_50%，所述篩選后粉狀離子交換樹脂粉的質(zhì)量為聚合物質(zhì)量的60%-120%，所述分散劑的質(zhì)量為聚合物質(zhì)量的1%-2%，所述流平劑的質(zhì)量為聚合物質(zhì)量的0.5%-1%、所述偶聯(lián)劑的質(zhì)量為聚合物質(zhì)量的1%-2%。
[0013]步驟b所述篩選是以80目以上標(biāo)準(zhǔn)篩進(jìn)行。
[0014]更優(yōu)選的，步驟b是按如下步驟進(jìn)行:
[0015]bl、將分散劑、流平劑及偶聯(lián)劑加入到1/3份的溶劑中，構(gòu)成體系I ;
[0016]b2、將篩選后粉狀離子交換樹脂粉與聚合物混合均勻后加入到2/3份的溶劑中，攪拌均勻，構(gòu)成體系2;
[0017]b3、將體系I加入到體系2中，并攪拌均勻后經(jīng)100目標(biāo)準(zhǔn)篩篩選，獲得濾料。
[0018]步驟c所述濾料在離型紙上的涂覆厚度為0.1mm-1mm ;所述烘干溫度為1200C _180°C，烘干時(shí)間為 2min-5min。
[0019]優(yōu)選的，所述聚合物為聚氨酯、聚氯乙烯、聚苯乙烯-丙烯腈-丁二烯、聚苯乙烯、聚乙烯、聚丙烯或聚酰胺；
[0020]所述溶劑為N，N- 二甲基甲酰胺、丙酮、甲苯或己烷；
[0021]所述離型紙為鏡面紙或磨砂紙；
[0022]所述分散劑為高分子分散劑或聚丙烯酰胺；
[0023]所述流平劑為有機(jī)硅類流平劑、硬脂酸類或酰胺類；
[0024]所述偶聯(lián)劑為硅烷偶聯(lián)劑。
[0025]與已有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果體現(xiàn)在:
[0026]1、本發(fā)明采用離型紙轉(zhuǎn)移法生產(chǎn)聚合物基異相離子交換膜，離子交換樹脂在聚合物基里分布均勻，膜的厚度均勻，強(qiáng)度高，膜電阻低，綜合性能接近于均相離子交換膜；
[0027]2、本發(fā)明的制備方法不同于傳統(tǒng)異相膜制備方法，投資小，生產(chǎn)效率高，生產(chǎn)能耗低，產(chǎn)品質(zhì)量可靠，原材料利用率高，溶劑可回收再利用。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0028]圖1為本發(fā)明方法的流程示意圖。
具體實(shí)施例
[0029]本發(fā)明離型紙轉(zhuǎn)移法生產(chǎn)聚合物基異相離子交換膜的方法是以聚合物作為粘接劑與粉狀離子交換樹脂及分散劑、流平劑、偶聯(lián)劑作為原料，采用離型紙轉(zhuǎn)移法獲得聚合物基異相離子交換膜。
[0030]具體步驟如下:
[0031]a、將粉狀離子交換樹脂干燥，研磨，篩選，獲得篩選后粉狀離子交換樹脂粉:將粉狀離子交換樹脂在120°C的條件下，干燥24小時(shí)；然后采用圓盤式研磨機(jī)進(jìn)行研磨至粒徑不大于20μπι，研磨結(jié)束后，過200目以上標(biāo)準(zhǔn)篩篩選，獲得篩選后粉狀離子交換樹脂粉；符合要求的離子交換樹脂細(xì)粉待用，不符合要求的離子交換樹脂細(xì)粉返回研磨機(jī)繼續(xù)研磨。[0032]b、將所述篩選后粉狀離子交換樹脂粉與聚合物、溶劑、分散劑、流平劑及偶聯(lián)劑混合攪拌均勻后篩選，獲得濾料:
[0033]bl、將分散劑、流平劑及偶聯(lián)劑加入到1/3份的溶劑中，構(gòu)成體系I ;
[0034]b2、將篩選后粉狀離子交換樹脂粉與聚合物混合均勻后加入到2/3份的溶劑中，攪拌均勻，構(gòu)成體系2;
[0035]b3、將體系I加入到體系2中，并攪拌均勻后經(jīng)100目標(biāo)準(zhǔn)篩篩選，獲得濾料。
[0036]C、將所述濾料涂覆在離型紙上，烘干，冷卻、剝離，即得聚合物基異相離子交換膜:
[0037]Cl、將步驟b所獲得的濾料采用精密涂覆機(jī)均勻涂覆在離型紙上，涂覆厚度在0.1-1mm ；
[0038]c2、將涂覆物料的離型紙進(jìn)入烘箱，烘箱溫度控制在120°C _180°C之間，烘箱長度在20m-50m,供干時(shí)間為2min_5min ；
[0039]c3、烘干后再經(jīng)過冷卻輥冷卻，冷卻至室溫后將涂膜和離型紙相剝離，將涂膜和離型紙分別收卷；離型紙經(jīng)過檢驗(yàn)后重新利用；涂膜經(jīng)檢驗(yàn)后獲得聚合物基異相離子交換膜。
[0040]以下通過具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的解釋說明。
[0041]實(shí)施例1
[0042]本實(shí)施例按如下步驟生產(chǎn)聚合物基異相離子交換膜:
[0043]a、將粉狀732陽離子離子交換樹脂在120°C的條件下，干燥24小時(shí)；然后采用圓盤式研磨機(jī)進(jìn)行研磨至粒徑不大于20 μ m,研磨結(jié)束后，過400目標(biāo)準(zhǔn)篩，獲得篩選后粉狀離子交換樹脂粉；符合要求的粉狀離子交換樹脂粉待用，不符合要求的粉狀離子交換樹脂粉返回研磨機(jī)繼續(xù)研磨。
[0044]b、將篩選后粉狀離子交換樹脂粉與聚合物、溶劑、分散劑、流平劑及偶聯(lián)劑混合攪拌均勻后篩選，獲得濾料:
[0045]bl、將0.2g分散劑(高分子分散劑JF-1)、0.2g流平劑(有機(jī)硅流平劑BYK3306)及
0.3g偶聯(lián)劑(硅烷偶聯(lián)劑KH792)加入到20g溶劑(N，N-二甲基甲酰胺)中，構(gòu)成體系I ;
[0046]b2、將15g篩選后粉狀離子交換樹脂粉與聚合物(德發(fā)聚氨酯或溫州華峰聚氨酯)IOOg (固含量30%)混合均勻后加入到40g溶劑(N，N- 二甲基甲酰胺)，高速(不低于600轉(zhuǎn)/分鐘)攪拌均勻，構(gòu)成體系2;
[0047]b3、將體系I加入到體系2中，并高速(不低于600轉(zhuǎn)/分鐘)攪拌均勻后經(jīng)100目標(biāo)準(zhǔn)篩篩選，獲得濾料，得到的濾料在使用前攪拌均勻。
[0048]C、將濾料涂覆在離型紙(磨砂紙AM-608)上，烘干，冷卻、剝離，即得聚合物基異相離子交換膜:
[0049]Cl、將步驟b所獲得的濾料采用精密涂覆機(jī)均勻涂覆在離型紙上，涂覆厚度在
0.9mm ；
[0050]c2、將涂覆物料的離型紙進(jìn)入烘箱，烘箱溫度控制在120°C _180°C之間，烘箱長度在 20m-50m,烘 3min ；
[0051]c3、烘干后再經(jīng)過冷卻輥冷卻，冷卻后將涂膜和離型紙相剝離，將涂膜和離型紙分別收卷；離型紙經(jīng)過檢驗(yàn)后重新利用；涂膜經(jīng)檢驗(yàn)后獲得聚合物基異相離子交換膜，其基本性能見表I。
[0052]實(shí)施例2
[0053]本實(shí)施例按如下步驟生產(chǎn)聚合物基異相離子交換膜:
[0054]a、將粉狀732陽離子離子交換樹脂在120°C的條件下，干燥24小時(shí)；然后采用圓盤式研磨機(jī)進(jìn)行研磨至粒徑不大于20 μ m,研磨結(jié)束后，過400目標(biāo)準(zhǔn)篩，獲得篩選后粉狀離子交換樹脂粉；符合要求的粉狀離子交換樹脂粉待用，不符合要求的粉狀離子交換樹脂粉返回研磨機(jī)繼續(xù)研磨。
[0055]b、將篩選后粉狀離子交換樹脂粉與聚合物、溶劑、分散劑、流平劑及偶聯(lián)劑混合攪拌均勻后篩選，獲得濾料:
[0056]bl、將0.3g分散劑(高分子分散劑JF-1)、0.3g流平劑(有機(jī)硅流平劑BYK3306)及
0.5g偶聯(lián)劑(硅烷偶聯(lián)劑KH792)加入到20g溶劑(N，N-二甲基甲酰胺)中，構(gòu)成體系I ;
[0057]b2、將30g篩選后粉狀離子交換樹脂粉與聚合物(德發(fā)聚氨酯或溫州華峰聚氨酯)IOOg (固含量30%)混合均勻后加入到40g溶劑(N，N- 二甲基甲酰胺)，高速(不低于600轉(zhuǎn)/分鐘)攪拌均勻，構(gòu)成體系2;
[0058]b3、將體系I加入到體系2中，并高速(不低于600轉(zhuǎn)/分鐘)攪拌均勻后經(jīng)100目標(biāo)準(zhǔn)篩篩選，獲得濾料，得到的濾料在使用前攪拌均勻。
[0059]C、將濾料涂覆在離型紙(磨砂紙AM-608)上，烘干，冷卻、剝離，即得聚合物基異相離子交換膜:
[0060]Cl、將步驟b所獲得的濾料采用精密涂覆機(jī)均勻涂覆在離型紙上，涂覆厚度在
0.85mm ；
[0061]c2、將涂覆物料的離型紙進(jìn)入烘箱，烘箱溫度控制在120°C _180°C之間，烘箱長度在 20m-50m,烘 3min ；
[0062]c3、烘干后再經(jīng)過冷卻輥冷卻，冷卻后將涂膜和離型紙相剝離，將涂膜和離型紙分別收卷；(鏡面還是磨砂？有沒有型號)離型紙經(jīng)過檢驗(yàn)后重新利用；涂膜經(jīng)檢驗(yàn)后獲得聚合物基異相離子交換膜，其基本性能見表I。
[0063]實(shí)施例3
[0064]本實(shí)施例按如下步驟生產(chǎn)聚合物基異相離子交換膜:
[0065]a、將粉狀732陽離子離子交換樹脂在120°C的條件下，干燥24小時(shí)；然后采用圓盤式研磨機(jī)進(jìn)行研磨至粒徑不大于20 μ m,研磨結(jié)束后，過400目標(biāo)準(zhǔn)篩，獲得篩選后粉狀離子交換樹脂粉；符合要求的粉狀離子交換樹脂粉待用，不符合要求的粉狀離子交換樹脂粉返回研磨機(jī)繼續(xù)研磨。
[0066]b、將篩選后粉狀離子交換樹脂粉與聚合物、溶劑、分散劑、流平劑及偶聯(lián)劑混合攪拌均勻后篩選，獲得濾料:
[0067]bl、將0.3g分散劑(高分子分散劑JF-1)、0.3g流平劑(有機(jī)硅流平劑BYK3306)及
0.6g偶聯(lián)劑(硅烷偶聯(lián)劑KH792)加入到30g溶劑(N，N-二甲基甲酰胺)中，構(gòu)成體系I ;
[0068]b2、將36g篩選后粉狀離子交換樹脂粉與聚合物(德發(fā)聚氨酯或溫州華峰聚氨酯)IOOg (固含量30%)混合均勻后加入到60g溶劑(N，N- 二甲基甲酰胺)，高速(不低于600轉(zhuǎn)/分鐘)攪拌均勻，構(gòu)成體系2;
[0069]b3、將體系I加入到體系2中，并高速(不低于600轉(zhuǎn)/分鐘)攪拌均勻后經(jīng)100目標(biāo)準(zhǔn)篩篩選，獲得濾料，得到的濾料在使用前攪拌均勻。
[0070]C、將濾料涂覆在離型紙上，烘干，冷卻、剝離，即得聚合物基異相離子交換膜:
[0071]Cl、將步驟b所獲得的濾料采用精密涂覆機(jī)均勻涂覆在離型紙(磨砂紙AM-608)上，涂覆厚度在0.8mm；
[0072]c2、將涂覆物料的離型紙進(jìn)入烘箱，烘箱溫度控制在120°C _180°C之間，烘箱長度在 20m-50m,烘 3min ；
[0073]c3、烘干后再經(jīng)過冷卻輥冷卻，冷卻后將涂膜和離型紙相剝離，將涂膜和離型紙分別收卷；離型紙經(jīng)過檢驗(yàn)后重新利用；涂膜經(jīng)檢驗(yàn)后獲得聚合物基異相離子交換膜，其基本性能見表1。
[0074]按照國家標(biāo)準(zhǔn)(HY/T034.2-1994)所述測定方法，測出所制得的聚合物基異相離子交換膜性能，結(jié)果如表1所示。
[0075]表1:本發(fā)明聚合物基異相陽離子交換膜的性能比較表
[0076]
【權(quán)利要求】
1.一種離型紙轉(zhuǎn)移法生產(chǎn)聚合物基異相離子交換膜的方法，其特征在于按如下步驟進(jìn)行:以聚合物為粘接劑，與粉狀離子交換樹脂及分散劑、流平劑、偶聯(lián)劑作為原料，采用離型紙轉(zhuǎn)移法獲得聚合物基異相離子交換膜。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于按如下步驟進(jìn)行: a、將粉狀離子交換樹脂干燥，研磨，篩選，獲得篩選后粉狀離子交換樹脂粉； b、將所述篩選后粉狀離子交換樹脂粉與聚合物、溶劑、分散劑、流平劑及偶聯(lián)劑混合攪拌均勻后篩選，獲得濾料； C、將所述濾料涂覆在離型紙上，烘干，冷卻、剝離，即得聚合物基異相離子交換膜。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于:步驟a所述干燥是在120°C條件下干燥不小于24小時(shí)；所述研磨是研磨至粒徑不大于20 μ m ;步驟a所述篩選是以200目以上標(biāo)準(zhǔn)篩進(jìn)行。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于:步驟b中所述溶劑質(zhì)量為聚合物質(zhì)量的 30%-50%,所述篩選后粉狀離子交換樹脂粉的質(zhì)量為聚合物質(zhì)量的60%-120%，所述分散劑的質(zhì)量為聚合物質(zhì)量的1%-2%，所述流平劑的質(zhì)量為聚合物質(zhì)量的0.5%-1%、所述偶聯(lián)劑的質(zhì)量為聚合物質(zhì)量的1%_2%。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于:步驟b所述篩選是以80目以上標(biāo)準(zhǔn)篩進(jìn)行。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于:步驟b是按如下步驟進(jìn)行: bl、將分散劑、流平劑及偶聯(lián)劑加入到1/3份的溶劑中，構(gòu)成體系I ; b2、將篩選后粉狀離子交換樹脂粉與聚合物混合均勻后加入到2/3份的溶劑中，攪拌均勻，構(gòu)成體系2 ； b3、將體系I加入到體系2中，并攪拌均勻后經(jīng)100目標(biāo)準(zhǔn)篩篩選，獲得濾料。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于:步驟c所述濾料在離型紙上的涂覆厚度為0.1mm-1mm ;所述烘干溫度為120°C -180°C,烘干時(shí)間為2min_5min。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于: 所述聚合物為聚氨酯、聚氯乙烯、聚苯乙烯-丙烯腈-丁二烯、聚苯乙烯、聚乙烯、聚丙烯或聚酰胺； 所述溶劑為N，N- 二甲基甲酰胺、丙酮、甲苯或己烷； 所述離型紙為鏡面紙或磨砂紙； 所述分散劑為高分子分散劑或聚丙烯酰胺； 所述流平劑為有機(jī)硅類流平劑、硬脂酸類或酰胺類； 所述偶聯(lián)劑為硅烷偶聯(lián)劑。
【文檔編號】B01D67/00GK103691326SQ201310699467
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2013年12月17日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月17日
【發(fā)明者】程從亮, 徐銅文 申請人:中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)