[发明专利]一种不等宽多层复合离子膜的制备方法及设备

说明书

技术领域

本发明涉及一种适用于氯碱工业的不等宽多层复合离子膜的制备方法及设备，属于离子膜制备技术领域。

背景技术

离子膜法制烧碱是目前最先进的烧碱生产技术，也是烧碱行业的高新技术。最初的离子膜是由杜邦研制的全氟磺酸离子交换膜，这种膜电阻小，电解电耗低；但是由于磺酸基的亲水性，对电解槽阴极室的OH^-穿过膜的阻档性差，导致电解电流效率低。尤其是当NaOH浓度大于20％时，电流效率已相当低，致使离子交换膜法制碱在经济上无法实现工业化。之后，日本旭硝子公司推出了全氟羧酸离子膜，由于羧酸基的亲水性小，膜含水率低，使其在NaOH浓度达35％时仍有较高的电流效率，但膜的电阻大。鉴于全氟磺酸膜和全氟羧酸膜二者各具优缺点，所以全氟磺酸/全氟羧酸复合膜成为离子膜的首选结构。

综合氯碱行业多年的离子膜使用经验可知，目前的离子膜在使用过程中，尤其是在非正常操作条件下，由于磺酸层和羧酸层水吸收能力的差异而导致膜层间产生气泡或脱层现象，长时间使用会使得膜层间积聚盐水杂质，导致电流效率降低、槽电压增高、使用寿命缩短。

为了提高离子交换膜不同膜层间的结合力，各种各样的改进措施被采用。英国专利GB2040222A介绍了一种结合含氟聚合物薄膜与阳离子交换膜的方法，首先将两层薄膜采用甲醇溶液进行表面处理，之后与一种含氟共聚物薄膜以三明治的方式在一定的温度、压力下压制成型。杜邦专利US No.3849243和US No.3770567提到的离子膜复合工艺同样是需要对叠层膜的一个表面进行预处理，之后采用间歇热压的方式将两个聚合物薄膜与支撑材料复合在一起。这种制膜后再次热压的复合工艺在操作过程中容易积聚细微气泡，长期使用导致层间剥离，不能从根本上解决层间界面问题；而且，热压复合的工艺不适合于连续化的工业生产。

旭化成发明的Ser.No.836417、Ser.No.745196和USNo.4178218等均为电解食盐水用离子交换膜的相关专利。为了解决界面问题，采用先制备出含氟聚合物基膜，之后将含氟羧酸单体和含氟磺酸单体涂敷在基膜的阴极和阳极侧面，并加入交联剂，在一定的聚合工艺下制备两侧分别为交联羧酸膜层和交联磺酸膜层的复合离子膜。美国专利US No.4176215则采用将含有磺酸和羧酸基团的全氟树脂以一定的比例混合之后，反复冷冻、研磨、压片，最终采用混合树脂制膜的方式来消除膜层间界面的问题。上述提到的复合离子膜制备工艺尽管可以彻底解决不同聚合物膜层间的界面剥离问题，但操作起来十分繁琐，且采用交联的方式复合难以保证大面积离子膜厚度上的一致性，不利于电流效率的提高，还可能导致槽压的升高。

目前，旭硝子株式会社开发的F-8030系列复合离子膜、旭化成株式会社开发的F-4600系列复合离子膜均具有很高的抗水泡功能，耐久性大大提高；但其制作及复合工艺未见详细报道。

熔融共挤出复合制膜工艺已经广泛应用于阻隔薄膜或片材的生产领域。该工艺可以使具有相容性的两种聚合物在完全熔融的状态下进行复合，不仅可以彻底消除两种聚合物之间的相界面，完全避免了层间气泡的产生，且制作过程简单、连续，适用于工业化生产。杜邦专利US No.4437952介绍了一种通过共挤出工艺制备的阳离子交换膜，该离子膜经过检测，没有任何层间分离或产生水泡等问题。但是，该种复合工艺也存在一定的弊端，就是原材料浪费。用于制备离子膜的含氟聚合物原料极为昂贵，通过普通的熔融共挤方法制成的离子膜边角料由于紧密复合而无法直接回收、利用。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供一种利用熔融共挤成膜工艺制备不等宽多层复合离子膜的方法及设备，它通过对塑料加工行业中的熔融共挤成膜工艺进行改进，及针对性的对复合机头的分配流道及结构进行改进，使其适合于含氟聚合物的熔融共挤出加工成膜工艺设备的需要。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案如下：

一种不等宽多层复合离子膜的制备方法，它包括熔融塑化、多层共挤出、牵伸、冷却、裁切边膜、收卷步骤，其特征在于，多层共挤出步骤为多层不等宽共挤出，挤出的多层复合离子膜中的任一膜层宽度大于其它膜层宽度，该宽膜层经裁切边膜后，即得。