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，且因為現(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行磺化反應，獲得一棕色對羥基苯磺酸晶體；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的膠盆,再配以聚丙烯微孔膜為增強材料，經(jīng)過上膠及上膠機烘干區(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

【技術領域】
[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】
[0002] 目前離子交換膜已經(jīng)廣泛應用于各種工業(yè)領域，如：點滲析法對物料進行濃縮或 脫鹽、擴散滲析制取各種酸、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于 膜相主體以化學鍵結合，結構均一致密，電阻小等特點。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。一定時間后取出，置于壓機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為加工工藝問題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，因為浸潤時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 技術所存在的輻照接枝法因為加工工藝問題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，因為浸潤時間比較長 又需熱壓所以連續(xù)化生產(chǎn)困難等的技術問題。
[0004] 本發(fā)明的上述技術問題主要是通過下述技術方案得以解決的： 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2-6小時，得到一棕色的對羥基苯磺酸結晶物體，用水洗去其多余的酸 性； b. 將棕色對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 上膠機的膠盆中； c. 利用增強材料，經(jīng)過上膠機的膠盆浸潤后再送入上膠機的烘干區(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2-6小時后得到 一棕色的對羥基苯磺酸結晶物，用水洗去多余的酸性。反應方程式為： 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：將對羥基苯磺酸和甲醛水溶液裝在上膠機的膠盆里混合均勻.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，因為配比不當很多性能將發(fā)生變化特 別如機械強度電性能等；其次是確定用上膠機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，解決因為加工 工藝而導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中運用上膠機含浸法連續(xù)生產(chǎn)陽離子交換膜。運用 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中上膠過程中增強材料為聚丙烯微孔膜。聚丙烯微孔膜 因為微孔存在所以能達到充分浸潤的效果，因為聚丙烯微孔膜是聚丙烯材質(zhì)，相對于傳統(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)明運用合成上膠機含浸法既可以生產(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)明的上膠機的結構示意圖。

【具體實施方式】
[0015] 下面通過實施例，并結合附圖，對本發(fā)明的技術方案作進一步具體的說明。
[0016] 實施例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下反應兩小時得到一棕色的對羥基苯磺酸結晶物，用水洗結晶物 至中性； b. 將棕色對羥基苯磺酸和35%甲醛水溶液按重量比1:0. 8的比例混合均勻后放置于 上膠機的膠盆中； c. 以聚丙烯微孔膜為增強材料，經(jīng)過上膠機的膠盆浸潤后再送入上膠機的烘干區(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] 對于上述實例1均相陽離子交換膜進行測試，實測結果如下：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,且機械強度良好。
[0018] 實施例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下反應兩小時得到一棕色的對羥基苯磺酸結晶物，用水洗結晶物 至中性； b. 將棕色對羥基苯磺酸和35%甲醛水溶液按重量比1:1. 0的比例混合均勻后放置于 上膠機的膠盆中； c. 以聚丙烯微孔膜為增強材料，經(jīng)過上膠機的膠盆浸潤后再送入上膠機的烘干區(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] 對于上述實例2均相陽離子交換膜進行測試，實測結果如下：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,且機械強度良好。
[0020] 實施例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下反應兩小時得到一棕色的對羥基苯磺酸結晶物，用水洗結晶物 至中性； b. 將棕色對羥基苯磺酸和35%甲醛水溶液按重量比1:1. 4的比例混合均勻后放置于 上膠機的膠盆中； c. 以聚丙烯微孔膜為增強材料，經(jīng)過上膠機的膠盆浸潤后再送入上膠機的烘干區(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] 對于上述實例3均相陽離子交換膜進行測試，實測結果如下：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,且機械強度良好。
[0022] 實施例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下反應兩小時得到一棕色的對羥基苯磺酸結晶物，用水洗結晶物 至中性； b. 將棕色對羥基苯磺酸和35%甲醛水溶液按重量比1:1. 5的比例混合均勻后放置于 上膠機的膠盆中； c. 以聚丙烯微孔膜為增強材料，經(jīng)過上膠機的膠盆浸潤后再送入上膠機的烘干區(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] 對于上述實例4均相陽離子交換膜進行測試，實測結果如下：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,且機械強度良好。
[0024] 以上所述僅為本發(fā)明的具體實施例，但本發(fā)明的結構特征并不局限于此，任何本 領域的技術人員在本發(fā)明的領域內(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2-6小時，得到一棕色的對羥基苯磺酸結晶物體，用水洗去其多余的酸 性； b. 將棕色對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 上膠機的膠盆中； c. 利用增強材料，經(jīng)過上膠機的膠盆浸潤后再送入上膠機的烘干區(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中的反應溫度為75-90°C ; 根據(jù)權利要求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中運用上膠機含浸法連續(xù)生產(chǎn)陽離子交換膜。
6. 根據(jù)權利要求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中上膠過程中增強材料為聚丙烯微孔膜。
7. 根據(jù)權利要求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】B01D67/00GK104107639SQ201410127309
【公開日】2014年10月22日 申請日期:2014年4月1日 優(yōu)先權日:2014年4月1日
【發(fā)明者】李國民, 陳良, 樓永通, 李佳 申請人:杭州埃爾環(huán)?？萍加邢薰?br>