專利名稱：滲析膜及其制備方法
背景技術(shù)：
本發(fā)明一般性地涉及適用于作為滲析膜的膜，更具體地說，涉及一種獨(dú)特的制備滲析膜的方法。
滲析膜應(yīng)用在不同的領(lǐng)域以從液體中分離特殊的成分。例如，這種膜已用于從海水除鹽、處理工業(yè)廢物和提純化學(xué)物質(zhì)。
滲析膜的一種應(yīng)用是在電沉積過程中除去廢的化學(xué)物質(zhì)。電沉積方法使用一個(gè)充滿了帶電的顏料或涂料的容器或浴池。把要涂層的導(dǎo)電物體和分開的電極設(shè)備一起放進(jìn)容器里，使用一種電勢(shì)(電壓)源在物體與電極間產(chǎn)生電壓差。當(dāng)電勢(shì)給物體充電時(shí)涂料上的電荷使得涂料吸引到物體上，很象靜電把衣物上的東西拉在一起的作用。用滲析膜作為電極設(shè)備的一部分在電沉積容器里把電極與溶液分開。已知各種各樣這類電極設(shè)備，包括專利US5,049,253及US5,507,929中所示的那些，引入本發(fā)明作為參考。正如這些專利中所示，在這些電極設(shè)備中，通常環(huán)繞著電極的滲析膜把電極和電涂層溶液分開。在膜和電極間留有空間用于積聚通過膜遷移的中和的廢物。把穿過膜阻擋層的中和的廢物從電極與膜間的區(qū)域里沖洗掉并從這個(gè)過程中除去。由于這樣的電極所需要的結(jié)構(gòu)，所以一般所用的膜通常需要能夠自我支撐、無污染、易于清洗且在電極體和膜間易于密封。
現(xiàn)在使用不同的方法制備滲析膜，每一種都有其自身的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。上面提及的專利US5,049,253中描述了一些典型的生產(chǎn)這種膜的方法。一種制備滲析膜的方法包括用單體混合物液對(duì)管狀聚乙烯多孔體或襯底進(jìn)行浸漬，單體混合物液含有能聚合的單體，這種單體具有適于引入隨后進(jìn)行交聯(lián)的離子交換基的官能團(tuán)。隨后引入離子交換基以產(chǎn)生工作膜。這樣離子交換基就沉積在存在于多孔體的孔里。這種方法的一個(gè)缺點(diǎn)是膜的效果受到能夠用這種方法沉積的離子交換基的相對(duì)比例所限制。第一，襯底必須有能夠用離子交換基充填的空隙。因?yàn)橹苽渚哂行】追植嫉姆€(wěn)定襯底所固有的困難，孔的相對(duì)數(shù)量受到限制。第二，把離子交換介質(zhì)沉積在襯底的空隙里所固有的低效率進(jìn)一步限制了在成品膜里的離子交換介質(zhì)部分。因此，用這種方法所形成的介質(zhì)往往效率相當(dāng)?shù)?。另外，在制備有空隙的襯底和隨后用離子交換介質(zhì)充填一部分空隙的過程中，這樣形成的成品膜的表面是相當(dāng)粗糙的。在使用時(shí)，這種粗糙的表面往往使粒子積聚產(chǎn)生污垢并進(jìn)一步降低膜的效率。例如，在電沉積過程中，由于中和的組分的積聚和其它在對(duì)膜進(jìn)行涂層的過程中產(chǎn)生的碎片的積聚所產(chǎn)生的這種污垢。表面粗糙還能在把膜密封到電極或類似設(shè)備上時(shí)引起問題。另外，外部的粗糙使得膜的清洗變得困難，最終影響產(chǎn)品的使用壽命。另外，這種多孔膜在使用時(shí)往往會(huì)膨脹和變形，造成密封問題并導(dǎo)致在操作時(shí)膜的泄漏和損壞。
另一個(gè)制備滲析膜的方法要求將作為一種樹脂粉末的離子交換基與一種可熱模壓的熱塑性樹脂如烯烴樹脂以干燥的形式混合在一起。接著把混合后的組分?jǐn)D塑成型為必須的形狀，通常是管狀。這種擠塑法在一定程度上解決了與前述的沉積過程相關(guān)的污垢問題，因?yàn)橐话銇碚f，擠塑的表面是光滑的，還解決了上面所討論過的可以放入多孔襯底里的離子交換材料數(shù)量的一些限制。然而，制備具有一定機(jī)械強(qiáng)度的產(chǎn)品所需的烯烴樹脂的量使得在擠塑過程中能夠使用的離子交換材料量減少。這種擠塑法還使分布在成品滲析膜里的離子交換介質(zhì)分層。這種分層限制了能夠參與滲析反應(yīng)的離子交換組分的用量，使得膜對(duì)離子擴(kuò)散的阻力更大。因此，雖然在膜里沉積了很大比例的離子交換介質(zhì)，但是，這種分層抑制了成品膜的效果和效率。另外，擠塑法把可得到的膜的形狀限制到通常用擠塑法可得到的那些形狀，這很大地阻礙了特定的形狀的形成，例如為了便于密封在膜的端部形成紋理樣的形狀。
發(fā)明概述因此，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種滲析膜，在膜里離子交換材料的量達(dá)到最大值且離子交換材料和熱塑性的支撐組分均勻地混合在一起以使離子交換效率達(dá)到最大。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種在使用時(shí)尺寸穩(wěn)定的滲析膜以使膜的變形、老化和泄漏降低到最小。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是生產(chǎn)不對(duì)稱膜以使流動(dòng)分布最大化且減少污垢。
本發(fā)明還有一個(gè)目的是提供一種具有基本光滑的外表面的滲析膜，使其與電極設(shè)備等一起使用時(shí)污垢減少到最小程度。
本發(fā)明進(jìn)一步的目的是提供一種易于形成各種不同形狀和不同尺寸膜的方法以適合各種可能的使用構(gòu)型。一個(gè)方面是，本發(fā)明的目的是為了便于密封而使膜的端部具有紋理或制成其它結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種提高離子交換效率的滲析膜。
為了達(dá)到本發(fā)明的這些以及其它相關(guān)的目的，用一種獨(dú)特的方法形成本發(fā)明的滲析膜，這種方法是把基本成分即離子交換樹脂和熱塑性樹脂相混合，用離心澆鑄法或旋轉(zhuǎn)模塑法旋轉(zhuǎn)地形成所需的形狀。旋轉(zhuǎn)形成法使組分為使所需的最大機(jī)械性能和離子交換性能達(dá)到最大而設(shè)計(jì)的比例混合。這種成品膜的尺寸穩(wěn)定性比現(xiàn)有技術(shù)的膜大的多，因?yàn)楸景l(fā)明的膜在含水氣流中導(dǎo)致的膨脹最小(0-1％)。另外，離心澆鑄法或旋轉(zhuǎn)模塑法能夠產(chǎn)生光滑的內(nèi)表面和外表面，降低了污垢性能且降低了不需要的化學(xué)副成品通過的危險(xiǎn)性。再著，澆鑄技術(shù)能夠制造出各種形狀，使得膜具有更多潛在的應(yīng)用性。旋轉(zhuǎn)模塑法可以使在形成膜的過程中制成紋理或螺紋部分。進(jìn)行離心澆鑄能夠產(chǎn)生不對(duì)稱膜，這在滲析應(yīng)用中是所希望的。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)本發(fā)明膜的離子交換能力比現(xiàn)存的具有相似離子組分量的產(chǎn)品高10-50％。
本發(fā)明及優(yōu)選實(shí)施方案的描述本發(fā)明是一種滲析膜的形成方法以及最終得到的產(chǎn)品。這種方法包括以下步驟將有效量的一種離子交換樹脂組分和有效量的熱塑性樹脂組分優(yōu)選為在干燥狀態(tài)下進(jìn)行混合，對(duì)所說的混合組分使用旋轉(zhuǎn)形成法。旋轉(zhuǎn)形成法由旋轉(zhuǎn)模塑法或離心澆鑄法組成。旋轉(zhuǎn)模塑法或離心澆鑄法都能在熱塑性樹脂和離子交換樹脂材料間有效產(chǎn)生均勻混合物，這是最大尺寸穩(wěn)定性和最大離子滲透性所需要的。
使用“有效量”這個(gè)術(shù)語是指離子交換樹脂和熱塑性樹脂的相對(duì)量，表示這兩種組分的量足以形成能夠有效分離開想要分離的化學(xué)成分的膜，并且能夠保持膜所需要的機(jī)械性能。
使用旋轉(zhuǎn)模塑法的旋轉(zhuǎn)形成法的步驟一般包括將混合好的組分放入成型室，旋轉(zhuǎn)成型室，在成型室旋轉(zhuǎn)時(shí)，首先把成型室加熱到一個(gè)有效的溫度使組分塑化而形成所需的形狀然后冷卻成型室，把形成的滲析膜移出成型室。
在本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)模塑法中，將離子交換樹脂成分和熱塑性樹脂成分在干燥狀態(tài)下混合在一起。這種干燥的混合物放入旋轉(zhuǎn)模具里，把這種繞一個(gè)或多個(gè)旋轉(zhuǎn)軸線進(jìn)行旋轉(zhuǎn)的模具放進(jìn)一個(gè)爐里并加熱到塑化點(diǎn)溫度，塑化點(diǎn)溫度一般是從大約170℃到大約225℃，在大約180℃時(shí)能夠得到好的效果。當(dāng)模具在空腔里旋轉(zhuǎn)時(shí)，干燥的混合物塑化并涂到模具的內(nèi)部。一旦完成了涂層，模具就被轉(zhuǎn)移到冷卻站，在冷卻站內(nèi)模具和最終形成的部分一起冷卻。得到的冷卻部分從空腔里移出。在轉(zhuǎn)速為大約5-20RPM、所用模具的公稱直徑大約為2英寸(5.1cm)的情況下每站用大約20分鐘能夠得到好的效果。對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說顯而易見的是，參數(shù)的其它組合也產(chǎn)生可以接受的結(jié)果。
使用澆鑄技術(shù)的旋轉(zhuǎn)形成法一般包括以下步驟將要澆鑄的材料和試劑混合在一起形成均勻的聚合物溶液，這種聚合物溶液優(yōu)選為具有糊狀的稠度，把聚合物溶液應(yīng)用在旋轉(zhuǎn)筒上，把旋轉(zhuǎn)筒和材料暴露在一定的條件下以把這種材料重新固化。
在本發(fā)明的離心澆鑄法中，膜的組成即離子交換樹脂和熱塑性樹脂以所需的比例進(jìn)行混合，并與那些樹脂用的一種溶劑相混合以形成聚合物溶液。得到的聚合物溶液澆鑄在旋轉(zhuǎn)的有紋理的旋轉(zhuǎn)筒上對(duì)旋轉(zhuǎn)筒進(jìn)行表面涂層到所需要的厚度。接著把涂層的旋轉(zhuǎn)筒浸沒在對(duì)這些樹脂來說是非溶劑的液體中，這種液體適用于把混合物中的溶劑排出，產(chǎn)生一種均勻的膜結(jié)構(gòu)。把膜插進(jìn)非溶劑里產(chǎn)生取代溶劑的相轉(zhuǎn)換。以這種方式把溶劑除去就固定了離子交換珠，在所得到的膜的外面形成精細(xì)微孔。這種精細(xì)微孔結(jié)構(gòu)能夠產(chǎn)生耐污垢等的光滑的表面，并且為想要除去的離子產(chǎn)品自由地通過膜提供了足夠的孔隙。
在一個(gè)實(shí)施方案中，相轉(zhuǎn)換步驟是以兩個(gè)步驟進(jìn)行的，其中旋轉(zhuǎn)筒上的塑性化材料的一個(gè)表面先于另一表面與非溶劑相接觸，這就產(chǎn)生了一種非對(duì)稱膜。實(shí)施這個(gè)步驟優(yōu)選為先把外表面與非溶劑相接觸。這就在膜的外表面上形成精細(xì)的孔結(jié)構(gòu)并使膜材料進(jìn)行穩(wěn)定化。穩(wěn)定化的膜從旋轉(zhuǎn)筒里移去第二次置于非溶劑中。這樣形成的膜的內(nèi)表面也是相轉(zhuǎn)換的，但是，因?yàn)橐徊糠秩軇┮呀?jīng)通過了內(nèi)表面，所以在膜的內(nèi)表面上就形成稍大一些的孔。這種兩步相轉(zhuǎn)換法可生產(chǎn)出不對(duì)稱膜，這種不對(duì)稱膜具有對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說已知的所需要的性能，包括在膜的橫斷面上最大化的流動(dòng)分布和由于其相當(dāng)光滑的外表面而能夠降低污垢。
在本領(lǐng)域已知的輥涂法中聚合物溶液優(yōu)選用刀子應(yīng)用在旋轉(zhuǎn)筒上。這種方法包括旋轉(zhuǎn)在聚合物溶液來料下面的旋轉(zhuǎn)筒，迫使聚合物溶液涂到旋轉(zhuǎn)筒上面，再轉(zhuǎn)動(dòng)帶有聚合物溶液的旋轉(zhuǎn)筒經(jīng)過一個(gè)刀邊，刀邊把過量的聚合物溶液刮掉以確定所需的材料厚度。只要能夠使材料相當(dāng)光滑地應(yīng)用在旋轉(zhuǎn)筒上，本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的其它相似的施用方法也一樣可以接受。對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說顯而易見的是，膜的所需厚度取決于其用途，考慮種種因素，包括結(jié)構(gòu)剛度和離子滲透性。已經(jīng)得到的可接受的膜厚度為大約0.3-0.6cm(大約1/8到1/4英寸)。
離心澆鑄法的一個(gè)實(shí)施方案包括在使用聚合物溶液之前將一個(gè)聚丙烯網(wǎng)置于旋轉(zhuǎn)筒上，所使用的網(wǎng)是本領(lǐng)域中通常所指的“CONWED”網(wǎng)，這是一個(gè)聚丙烯網(wǎng)，其網(wǎng)孔的公稱直徑為3mm，網(wǎng)股的公稱直徑為2mm，使網(wǎng)中開孔面積大約是50-70％。這種網(wǎng)在沒有減弱化學(xué)成分通過膜的流動(dòng)時(shí)為成品膜提供了額外的機(jī)械結(jié)構(gòu)。澆鑄膜時(shí)，在相轉(zhuǎn)換步驟之前，應(yīng)用聚合物溶液以便把網(wǎng)完全包裹。
盡管不同類型的旋轉(zhuǎn)形成法能產(chǎn)生相似的所需要的結(jié)果，特殊應(yīng)用的條件指的是更需要特殊的方法。例如，因?yàn)樵陔x心澆鑄時(shí)使用網(wǎng)提供了一部分機(jī)械結(jié)構(gòu)，所以，聚合物溶液中的熱塑性樹脂組分就可以減少，從而使這種方法中所用的聚合物溶液中的離子交換組分就可相應(yīng)地增加。一般來說，這樣產(chǎn)生的膜具有相對(duì)高的離子交換能力，但是也具有低的尺寸穩(wěn)定性和低的機(jī)械性能。作為對(duì)比，旋轉(zhuǎn)模塑法看起來可以生成最均勻的離子交換樹脂和熱塑性樹脂的混合物，就產(chǎn)生了最有尺寸穩(wěn)定性的膜，但是其離子交換能力有一定的下降。
應(yīng)注意的是，用離心澆鑄法和旋轉(zhuǎn)模塑法制備成品膜時(shí)都沒有使用明顯的壓力。不用壓力好象促進(jìn)了熱塑性樹脂和離子交換樹脂的均勻混合，提高了所需的尺寸穩(wěn)定性和離子交換能力。另外，澆鑄技術(shù)和模塑技術(shù)都能在膜的兩個(gè)面上生成光滑的表面，這就產(chǎn)生了減少污垢的性能。
一般來說，已經(jīng)得到的具有可接受結(jié)果的本發(fā)明的滲析膜是把大約2-75％重量的離子交換樹脂和大約98-25％重量的熱塑性樹脂進(jìn)行混合而得到的。優(yōu)選地是，這種膜組合物包含大約10-45％重量的離子交換樹脂和大約90-55％重量的熱塑性樹脂。更優(yōu)選的是，這種膜組合物包含大約15-25％重量的離子交換樹脂和大約85-75％重量的熱塑性樹脂。
一般來說，具有陽離子或陰離子特性的任何復(fù)合離子交換樹脂都有望產(chǎn)生可接受的效果。使用在市場(chǎng)上買得到的一般是用帶電的單體和交聯(lián)單體進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)所得到的離子交換珠而產(chǎn)生的復(fù)合離子交換樹脂珠已經(jīng)得到了可接受的效果。這種珠是親水性材料，能夠根據(jù)需要從含水溶液中除去酸或堿。例如，這樣的離子交換珠經(jīng)常使用在離子交換柱里。本發(fā)明所用的特殊種類的離子交換樹脂并非特別關(guān)鍵?？梢灶A(yù)料的是，用任何型號(hào)的在市場(chǎng)上買得到的離子交換產(chǎn)品都將能夠達(dá)到可接受的性能。使用從Dow Chemical Co.，Midland，Michigan得到的復(fù)合離子交換珠已經(jīng)取得了非常好的效果，這種復(fù)合離子交換珠可以商標(biāo)DOWEX買到，例如，DOWEX酸性離子交換樹脂是有微孔的苯乙烯/DVB基體珠，50W×8，尺寸為200或400目的樹脂，其形狀為球狀并以氫作為離子形式，DOWEX強(qiáng)堿型號(hào)為1的珠子，1×8，尺寸為200或400目的樹脂，是有微孔的苯乙烯/DVB基體，其形狀為球狀頭部結(jié)構(gòu)以氯作為離子形式。在離心澆鑄法中使用的塑化這些樹脂的優(yōu)選溶劑是二甲基甲酰胺，盡管對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來說其它溶劑適用于不同的樹脂。
正如上面所指出的，離子交換樹脂單獨(dú)不適于作為滲析膜的材料，因?yàn)槟ば枰３忠欢ǖ男螤睢为?dú)的離子交換樹脂在加入或除去水時(shí)將分別會(huì)膨脹或收縮，這樣就不適于應(yīng)用在要求保持穩(wěn)定的形狀或結(jié)構(gòu)的用途中。因此，在本發(fā)明中，在滲析膜的旋轉(zhuǎn)模塑或離心澆鑄之前，把離子交換樹脂和熱塑性樹脂進(jìn)行混合。正如通常在含水介質(zhì)中的應(yīng)用一樣，本發(fā)明中的熱塑性樹脂優(yōu)選為親水性聚合物。用熱塑性樹脂聚乙烯醇、醋酸纖維素、丁酸纖維素、丙酸纖維素和乙烯與乙烯醇的共聚物已經(jīng)取得了好的效果。使用其它各種親水性聚合物可望得到可接受的效果。對(duì)于無水用途，熱塑性樹脂和離子交換樹脂均可以使用疏水性聚合物。優(yōu)選地是，熱塑性樹脂應(yīng)當(dāng)具有與離子交換介質(zhì)一致的熔體流動(dòng)分布，是一種具有介電性能的材料，并且是一種與離子交換珠相容的材料。
本發(fā)明中相對(duì)寬的離子交換樹脂和熱塑性樹脂混合物的范圍在功能上是可以接受的。選擇離子交換樹脂用量時(shí)的一個(gè)考慮因素是高含量的離子交換樹脂使膜具有高的離子滲透性。這樣，在單位膜面積上能夠除去更多的成分。然而，隨著離子交換樹脂百分含量的增加，則熱塑性樹脂的用量減少，這就降低了成品膜的尺寸穩(wěn)定性。因而，舉例來說，當(dāng)尺寸穩(wěn)定性需要特別考慮時(shí)，為了保持所需的尺寸性能可以使用較低百分含量的離子交換樹脂。類似地，當(dāng)高通量率非常重要且不是著重考慮尺寸穩(wěn)定性時(shí)，為了滿足特殊用途可以使用更多用量的離子交換樹脂。
本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案包括制備具有陽離子和陰離子特性的膜從而產(chǎn)生雙極性膜產(chǎn)品。這是通過旋轉(zhuǎn)模塑法或離心澆鑄法得到的。在任一方法中都要制備兩種樹脂混合物第一種混合物包括所需的陽離子或陰離子樹脂和熱塑性樹脂，第二種混合物中有另外一種所需的陽離子或陰離子組分和熱塑性樹脂。在旋轉(zhuǎn)模塑法中，第一種混合物直接放在旋轉(zhuǎn)模具里，第二種混合物在放進(jìn)旋轉(zhuǎn)模具之前先置于一個(gè)由聚乙烯或其它熔化點(diǎn)大約在200℃的塑料所制成的塑料袋里。首先把模具加熱到一個(gè)初始溫度，這個(gè)溫度足以把樹脂塑化，但是不會(huì)塑化塑料袋，這個(gè)溫度大約是180℃，在這個(gè)溫度下第一種混合物涂到空腔的里面。然后溫度升高到大約200℃，在這個(gè)溫度下足以熔化塑料袋。當(dāng)塑料袋熔化時(shí)，第二種混合物就釋放出來涂到模具的內(nèi)部和已經(jīng)涂在模具里面的第一種混合物的上面。在使用離心澆鑄法生產(chǎn)雙極性膜時(shí)，基本上進(jìn)行了兩次澆鑄過程。首先用第一種樹脂混合物以上述方法澆鑄和穩(wěn)定化一個(gè)本發(fā)明的完整的膜。然后用澆鑄第一層時(shí)所描述的方法把第二種混合物與合適的溶劑混合而形成的聚合物溶液澆鑄在已形成的膜上并穩(wěn)定化，這樣就形成了一個(gè)雙極性膜。
實(shí)施例和對(duì)比例下面的實(shí)施例和對(duì)比例進(jìn)一步示出了本發(fā)明的效果和用途。這些例子并非限定本發(fā)明的范圍，本發(fā)明的范圍是由附于該說明書的權(quán)利要求書所限定。
實(shí)施例1-(澆鑄)Dow Chemical Company(DOWEX)的50W×8200目的相對(duì)濕度小于5％的酸性離子交換珠在丙酸纖維素存在下與二甲基甲酰胺相混合。所用的比例是干重為37.5gm的DOWEX、300gm的二甲基甲酰胺和75gm的丙酸纖維素。把這種混合物進(jìn)行充分混合以形成聚合物溶液，然后將這種聚合物溶液施用到公稱直徑為2.4英寸(6.1cm)的圓筒狀帶紋理的旋轉(zhuǎn)筒上。旋轉(zhuǎn)筒以大約每分鐘50轉(zhuǎn)的速率繞其軸轉(zhuǎn)動(dòng)。旋轉(zhuǎn)筒大約轉(zhuǎn)動(dòng)5分鐘直到聚合物溶液有效地涂在其表面上。然后把旋轉(zhuǎn)筒浸沒在作為非溶劑的水里。移去旋轉(zhuǎn)筒，得到的產(chǎn)品就形成了具有光滑表面的尺寸穩(wěn)定的滲析膜。這種膜具有所需的吸水性和電阻性能。
實(shí)施例2-(模塑)將干重為37.5gm(相對(duì)濕度小于5％)的DOWEX50W×8200目的離子交換珠加入到75gm的丙酸纖維素粉末中。把這種干燥的混合物加入到模腔中。模腔是一個(gè)圓筒，其公稱直徑為2.5英寸(6.35cm)，長(zhǎng)度是83英寸(210cm)。接著使模具以公稱每分鐘20轉(zhuǎn)的速率繞3個(gè)旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)。將旋轉(zhuǎn)的模具移進(jìn)爐中，在爐中將模具加熱到大約180℃，在這個(gè)溫度下，這些材料開始流動(dòng)并涂到空腔的表面上?？涨煌繉雍?，過大約15分鐘，把空腔轉(zhuǎn)移到保持在環(huán)境溫度下的冷卻站，在冷卻站中將模具及部件進(jìn)行冷卻。然后把部件從模具里移出。所得到的模塑的部件是具有光滑表面的、尺寸穩(wěn)定的離子交換膜。
實(shí)施例3和對(duì)比例按照實(shí)施例1制備樣品膜。為了對(duì)比，使用一種市場(chǎng)上可買得到的用單體混合物液體浸漬管狀聚乙烯多孔體而制備的膜，如由Tokyama SodaKabushiki Kaiska Co.，Yamaguchi，Japan所生產(chǎn)的膜。
兩種類型的膜都插入在市場(chǎng)上可買得到的類似于在US 5,507,929中所示的用于滲析的電極設(shè)備裝置里。測(cè)試電極插入5加侖(19升)的乙酸容器中，距離不銹鋼陰極為公稱1英尺(30cm)，在本發(fā)明和對(duì)比例的樣品上都使用110伏的直流電壓，對(duì)于兩種測(cè)試膜裝置使用相同的沖洗流以使通過所有測(cè)試膜的電勢(shì)和化學(xué)勢(shì)都相同。
測(cè)定出在恒定的110伏的直流電壓下流過電極裝置的直流電流隨時(shí)間的變化，以及陽極電解液的導(dǎo)電率。測(cè)定結(jié)果示于下表1。<
這些數(shù)據(jù)表明本發(fā)明的膜在關(guān)鍵的早期使用階段具有非常高的離子交換能力，并且顯示出和現(xiàn)有膜的長(zhǎng)期可比性。
實(shí)施例4和對(duì)比例正如上面所提到的，本發(fā)明的膜的一個(gè)用途是用在電沉積上。電沉積涂層在汽車工業(yè)上特別有用，其中利用電沉積把車體進(jìn)行徹底涂層以提供現(xiàn)代汽車所需的防止生銹和防腐蝕。因?yàn)樗哂羞@個(gè)用途，對(duì)它進(jìn)行測(cè)試以確定本發(fā)明膜應(yīng)用在電沉積過程中的操作特性。
為了用電沉積法給汽車車體涂層，把車體浸沒在充滿了含有液體涂料的溶液的容器中。當(dāng)把汽車車體加上電壓時(shí)，涂料就被吸引到車體上。電沉積法法對(duì)難以達(dá)到的區(qū)域進(jìn)行涂敷，例如汽車車體上隱藏的金屬部分，因?yàn)楫?dāng)涂料覆蓋車體時(shí)，涂料對(duì)涂層過的區(qū)域起到電絕緣的作用。當(dāng)涂層過程繼續(xù)進(jìn)行時(shí)，帶電的涂料粒子吸引到仍然保持導(dǎo)電性的未涂層區(qū)域，就這樣，帶電的涂料粒子就遷移到這些未涂層的區(qū)域。
通常，電沉積所需的電壓是由在涂料溶液中的多電極型號(hào)設(shè)備來提供的且配置在將要涂層的物體上。在電極和要涂層的物體之間使用直流電壓以給電沉積涂層強(qiáng)加上所需的電勢(shì)。溶液可以含有將要沉積到物體上的帶正電荷或副電荷的涂料，即陽離子型的或陰離子型的涂料。
為了測(cè)試膜在這種應(yīng)用上的效果，如下所述將測(cè)試樣品安裝在運(yùn)行中的電沉積容器里。樣品膜按照實(shí)施例1所述進(jìn)行制備。
制備的膜形成圓筒，其長(zhǎng)度為公稱83英寸(2.1m)、公稱直徑是2.5英寸(6.35cm)、厚度為110-130密耳(0.28-0.33cm)。這些圓筒每一個(gè)都和一個(gè)類似于US 5,507,929中所示的標(biāo)準(zhǔn)可浸沒的滲析電極設(shè)備一起使用。
為了達(dá)到對(duì)比的目的，這樣制備的本發(fā)明的膜和用市場(chǎng)上可買得到的膜裝備的電極一起如下所述插入電沉積容器中。這種對(duì)比膜是市場(chǎng)上可買得到的用單體混合物液體浸漬管狀聚乙烯多孔體而制備的膜，是由TokyamaSoda Kabushiki Kaiska Co.，Yamaguchi，Japan所生產(chǎn)的。用于這兩種膜裝置的所有條件都是可比的。
容器的公稱體積，是80,000加侖(300,000升)，其端部是傾斜的用于汽車車體的進(jìn)出。容器的公稱尺寸為130英尺(40米)長(zhǎng)，8.2英尺(2.5米)寬，8.2英尺(2.5米)深，并具有傾斜的端部。配置電極裝配件，使其在容器的每邊的下面，并與汽車車體運(yùn)行通過容器的路徑相平行。電極置于距容器的中心線4英尺(1.2米)處，其相互之間的公稱距離為0.7英尺(0.2米)，這樣做是為了在汽車車體通過容器時(shí)電極與車體隔開。使用本發(fā)明膜的電極沿著容器的與汽車的運(yùn)動(dòng)相平行的一邊進(jìn)行安裝，對(duì)比電極沿著容器的另一邊安裝。溶液中過量的堿或酸中和劑通過膜從容器里除去。這樣，一般應(yīng)用于這些電涂層或電沉積用途中的電極設(shè)備既作為要涂層或噴漆的物體的電極又作為滲析設(shè)備以從溶液中除去用過的中和劑廢物。
在操作時(shí)，汽車車體通過與運(yùn)輸系統(tǒng)相連接的容器。名義上來說，每分鐘有一輛汽車車體進(jìn)入容器并在容器里停留十分鐘。任一時(shí)刻有六輛汽車車體通過容器。鄰近汽車車體入口點(diǎn)的電極比其它電極與容器里的成分反應(yīng)得更多，這是因?yàn)楫?dāng)汽車車體通過容器時(shí)且被漆料所覆蓋時(shí)，涂在車體上的漆料所造成的電阻率阻礙了漆料的進(jìn)一步沉積。
為了達(dá)到對(duì)比的目的，用在每一束對(duì)比電極上的直流電流和用在相當(dāng)?shù)谋景l(fā)明電極上的直流電流保持相同。直流電是通過能將輸入的交流電轉(zhuǎn)化為直流電的整流器裝置提供給電極的。測(cè)定出作為交流電供應(yīng)給這些整流器裝置的輸入系統(tǒng)的功率。對(duì)于每一組裝置都提取出數(shù)據(jù)。對(duì)于占有相應(yīng)更大百分比耗電量的最初20％的裝置提取出獨(dú)立的數(shù)據(jù)。這樣測(cè)定出的平均耗電量示于下面表2。
對(duì)比的結(jié)果顯示在測(cè)試期間除去相同量的廢棄物質(zhì)總的耗電量能夠恒定地降低20-25％。所得到的漆料涂層的參數(shù)都在汽車電沉積涂層所要求的范圍內(nèi)。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)本發(fā)明的膜比目前可買到的對(duì)比膜能以更高的效率完成所給的任務(wù)。另外，本發(fā)明的膜能夠大量減少外表面上廢產(chǎn)品的積聚，這意味著與現(xiàn)有的膜相比它具有減少污垢的趨勢(shì)。
從上述可以看出本發(fā)明能夠達(dá)到所預(yù)定的所有目標(biāo)和目的，并且具有明顯的或本發(fā)明所固有的其它優(yōu)點(diǎn)。
在權(quán)利要求書的范圍內(nèi)，也可由權(quán)利要求書推斷出可以利用一定的特性和次要的結(jié)合，也可以不管其它特性和次要的結(jié)合而使用。
由于可由本發(fā)明制出很多實(shí)施方案而不偏離其范圍，在本申請(qǐng)中所用事項(xiàng)只為解釋之用而無限定之意。
權(quán)利要求
1.一種形成滲析膜的方法，包括以下步驟將一種離子交換樹脂組分和一種熱塑性樹脂組分進(jìn)行混合，其用量能有效地形成能夠有效分離想要分離的化學(xué)成分的膜并能夠保持膜的所需機(jī)械性能；在充分的條件下將混合好的組分用旋轉(zhuǎn)形成法形成滲析膜。
2.如權(quán)利要求1所述的形成滲析膜的方法，其中旋轉(zhuǎn)形成法包括以下步驟將混合好的組分放入成型室；在所說的成型室旋轉(zhuǎn)時(shí)把所說的成型室加熱到一個(gè)有效的溫度使所說的組分塑化并形成與成型室相同的形狀；冷卻所說的成型室；把形成的滲析膜移出所說的成型室。
3.如權(quán)利要求2所述的形成滲析膜的方法，其中所說的離子交換樹脂組分的用量是基于所說組分的混合物重量的大約2-75％重量，所說的熱塑性樹脂的用量是基于所說組分的混合物重量的大約98-25％重量。
4.如權(quán)利要求3所述的形成滲析膜的方法，其中把所說成型室加熱的溫度是從大約170℃到大約225℃。
5.一種滲析膜，它是用權(quán)利要求3的方法所形成的產(chǎn)品。
6.如權(quán)利要求3所述的形成滲析膜的方法，其中所說的熱塑性樹脂組分是一種親水性聚合物。
7.如權(quán)利要求3所述的形成滲析膜的方法，其中所說的熱塑性樹脂組分是一種選自聚乙烯醇、醋酸纖維素、丁酸纖維素、丙酸纖維素或乙烯與乙烯醇的共聚物的親水性聚合物。
8.如權(quán)利要求3所述的形成滲析膜的方法，其中所說的熱塑性樹脂組分是一種疏水性聚合物。
9.如權(quán)利要求2所述的形成滲析膜的方法，其中所說的離子交換樹脂組分為大約10-50％重量，所說的熱塑性樹脂組分為大約90-50％重量。
10.如權(quán)利要求9所述的形成滲析膜的方法，其中把所說成型室加熱的溫度是從大約170℃到大約225℃。
11.如權(quán)利要求10所述的形成滲析膜的方法，其中所說的熱塑性樹脂組分是一種親水性聚合物。
12.如權(quán)利要求10所述的形成滲析膜的方法，其中所說的熱塑性樹脂組分是一種選自聚乙烯醇、醋酸纖維素、丁酸纖維素、丙酸纖維素或乙烯與乙烯醇的共聚物的親水性聚合物。
13.如權(quán)利要求10所述的形成滲析膜的方法，其中所說的熱塑性樹脂組分是一種疏水性聚合物。
14.如權(quán)利要求2所述的形成滲析膜的方法，其中所說的離子交換樹脂組分為大約15-25％重量，所說的熱塑性樹脂組分為大約85-75％重量。
15.如權(quán)利要求14所述的形成滲析膜的方法，其中把所說成型室加熱的溫度是從大約170℃到大約225℃。
16.如權(quán)利要求15所述的形成滲析膜的方法，其中所說的熱塑性樹脂組分是一種親水性聚合物。
17.如權(quán)利要求15所述的形成滲析膜的方法，其中所說的熱塑性樹脂組分是一種選自聚乙烯醇、醋酸纖維素、丁酸纖維素、丙酸纖維素或乙烯與乙烯醇的共聚物的親水性聚合物。
18.如權(quán)利要求15所述的形成滲析膜的方法，其中所說的熱塑性樹脂組分是一種疏水性聚合物。
19.如權(quán)利要求1所述的形成滲析膜的方法，其中的旋轉(zhuǎn)形成法包括以下步驟將所說的熱塑性樹脂和離子交換樹脂組分所用的溶劑與所說的組分進(jìn)行混合形成聚合物溶液；把所說的聚合物溶液應(yīng)用在旋轉(zhuǎn)筒上；把所說的聚合物溶液暴露在對(duì)于所說的熱塑性樹脂和所說的離子交換樹脂是非溶劑的液體中而引起聚合物溶液中的相轉(zhuǎn)換，從而形成膜。
20.如權(quán)利要求19所述的形成滲析膜的方法，其中所說的旋轉(zhuǎn)形成法進(jìn)一步包括在把所說的聚合物溶液應(yīng)用在所說的旋轉(zhuǎn)筒之前將一個(gè)剛性的聚乙烯網(wǎng)置于所述旋轉(zhuǎn)筒上，所說的網(wǎng)具有50-75％的開孔面積。
21.如權(quán)利要求19所述的形成滲析膜的方法，其中基于所說組分的混合物重量，所說的離子交換樹脂組分的用量是大約2-75％重量，所說的熱塑性樹脂組分的用量是大約98-25％重量。
22.如權(quán)利要求21所述的形成滲析膜的方法，其中所說的熱塑性樹脂組分是一種親水性聚合物。
23.如權(quán)利要求21所述的形成滲析膜的方法，其中所說的熱塑性樹脂組分是一種選自聚乙烯醇、醋酸纖維素、丁酸纖維素、丙酸纖維素或乙烯與乙烯醇的共聚物的親水性聚合物。
24.如權(quán)利要求21所述的形成滲析膜的方法，其中所說的熱塑性樹脂組分是一種疏水性聚合物。
25.如權(quán)利要求19所述的形成滲析膜的方法，其中所說的離子交換樹脂組分為大約10-50％重量，所說的熱塑性樹脂組分為大約90-50％重量。
26.如權(quán)利要求25所述的形成滲析膜的方法，其中所說的熱塑性樹脂組分是一種親水性聚合物。
27.如權(quán)利要求25所述的形成滲析膜的方法，其中所說的熱塑性樹脂組分是一種選自聚乙烯醇、醋酸纖維素、丁酸纖維素、丙酸纖維素或乙烯與乙烯醇的共聚物的親水性聚合物。
28.如權(quán)利要求25所述的形成滲析膜的方法，其中所說的熱塑性樹脂組分是一種疏水性聚合物。
29.如權(quán)利要求19所述的形成滲析膜的方法，其中基于所說組分的混合物重量，所說的離子交換樹脂組分為大約15-25％重量，所說的熱塑性樹脂組分為大約85-75％重量。
30.如權(quán)利要求29所述的形成滲析膜的方法，其中所說的熱塑性樹脂組分是一種親水性聚合物。
31.如權(quán)利要求29所述的形成滲析膜的方法，其中所說的熱塑性樹脂組分是一種選自聚乙烯醇、醋酸纖維素、丁酸纖維素、丙酸纖維素或乙烯與乙烯醇的共聚物的親水性聚合物。
32.如權(quán)利要求29所述的形成滲析膜的方法，其中所說的熱塑性樹脂組分是一種疏水性聚合物。
33.一種滲析膜，它是用權(quán)利要求19的方法所形成的產(chǎn)品。
34.一種形成滲析膜的方法，包括以下步驟將大約15-25％重量的離子交換樹脂組分與大約85-75％重量的熱塑性樹脂組分混合在一起形成均勻的混合物，其中所說的熱塑性樹脂組分是一種選自聚乙烯醇、醋酸纖維素、丁酸纖維素、丙酸纖維素或乙烯與乙烯醇的共聚物的親水性聚合物；通過把所說的混合好的組分放進(jìn)旋轉(zhuǎn)模具里對(duì)所說的混合好的組分使用旋轉(zhuǎn)形成法；當(dāng)所說的旋轉(zhuǎn)模具旋轉(zhuǎn)時(shí)，把所說的旋轉(zhuǎn)模具里的所說的混合好的組分加熱到大約180℃以形成膜；當(dāng)所說的旋轉(zhuǎn)模具旋轉(zhuǎn)時(shí)，把所說的旋轉(zhuǎn)模具里的所說的混合好的組分冷卻到一個(gè)溫度，在此溫度下足以固化所說的膜從而形成滲析膜；把所形成的滲析膜從所說的室里移出。
35.如權(quán)利要求34所述的形成滲析膜的方法，其中所說的離子交換樹脂組分是第一種類型，所說的熱塑性樹脂組分也是第一種類型并包括以下附加步驟將大約15-25％重量的第二種類型的離子交換樹脂組分與大約85-75％重量的第二種類型的熱塑性樹脂組分混合在一起，其中所說的熱塑性樹脂組分是一種選自聚乙烯醇、醋酸纖維素、丁酸纖維素、丙酸纖維素或乙烯與乙烯醇的共聚物的親水性聚合物；把所說的第二種類型的混合好的組分放進(jìn)一個(gè)塑料袋里，塑料袋的熔化溫度高于所說的第一種類型組分的塑化點(diǎn)溫度；把所說的塑料袋與所說的第一種類型的組分一起放進(jìn)旋轉(zhuǎn)模具里；將所說的旋轉(zhuǎn)模具加熱到大約180℃的溫度后，將所說的旋轉(zhuǎn)模具維持在180℃的溫度下直到有第一種類型的離子交換樹脂的組分已經(jīng)熔化并涂到模具上；把所說的旋轉(zhuǎn)模具加熱到大約200℃到210℃直到把塑料袋熔化且第二種類型的組分涂到模具的內(nèi)部。
36.一種形成滲析膜的方法，包括以下步驟將大約15-25％重量的離子交換樹脂組分與大約85-75％重量的熱塑性樹脂組分相混合，其中所說的熱塑性樹脂組分是一種選自聚乙烯醇、醋酸纖維素、丁酸纖維素、丙酸纖維素或乙烯與乙烯醇的共聚物的親水性聚合物；對(duì)所說的混合好的組分使用旋轉(zhuǎn)形成法，其中的旋轉(zhuǎn)形成法包括以下的步驟將所說的熱塑性樹脂和離子交換樹脂組分所用的溶劑與所說的組分進(jìn)行混合形成聚合物溶液；把所說的聚合物溶液應(yīng)用在旋轉(zhuǎn)筒上；把所說的聚合物溶液暴露在對(duì)于所說的熱塑性樹脂和所說的離子交換樹脂是非溶劑的液體中而造成聚合物溶液中的相轉(zhuǎn)換，從而形成膜。
37.如權(quán)利要求36所述的形成滲析膜的方法，其中所說的離子交換樹脂組分是第一種類型，所說的熱塑性樹脂組分是第一種類型，聚合物溶液也是第一種類型，并包括以下附加步驟將大約15-25％重量的第二種類型的離子交換樹脂組分與大約85-75％重量的第二種類型的熱塑性樹脂組分相混合，其中所說的第二種類型的熱塑性樹脂組分是一種選自聚乙烯醇、醋酸纖維素、丁酸纖維素、丙酸纖維素和乙烯與乙烯醇的共聚物的親水性聚合物；對(duì)所說的第一種類型的混合好的組分使用旋轉(zhuǎn)形成法后對(duì)第二種類型的組分使用旋轉(zhuǎn)形成法；其中所說的對(duì)第二種類型的組分使用的旋轉(zhuǎn)形成法包括以下的步驟將所說的第二種類型的熱塑性樹脂和離子交換樹脂組合物用的溶劑與所說的組分進(jìn)行混合形成第二種類型的聚合物溶液；把所說的第二種類型的聚合物溶液應(yīng)用在所說的第一種類型的組分所形成的膜上；把所說的聚合物溶液暴露在對(duì)于所說的熱塑性樹脂和所說的離子交換樹脂是非溶劑的液體中而造成第二種類型的聚合物溶液中的相轉(zhuǎn)換，從而形成膜。
全文摘要
一種形成滲析膜的方法是將離子交換樹脂組分和熱塑性樹脂組分在干燥狀態(tài)下混合在一起通過旋轉(zhuǎn)形成法形成膜。旋轉(zhuǎn)形成法包括使用一定的溫度使得組分與模具的形狀相同的旋轉(zhuǎn)模塑法和用溶劑和相轉(zhuǎn)換以形成膜的離心澆鑄法。所得到的膜是一種光滑的、尺寸穩(wěn)定的、有效的滲析膜。
文檔編號(hào)B01D69/14GK1250391SQ98803346
公開日2000年4月12日 申請(qǐng)日期1998年2月27日 優(yōu)先權(quán)日1997年3月14日
發(fā)明者約翰·P·帕格里亞, 羅納德·P·布羅丘 申請(qǐng)人:科克梅姆布萊尼系統(tǒng)公司