[发明专利]一种自交联聚合物阴离子交换膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于离子交换膜技术领域。特别涉及一种聚合物阴离子交换膜的制备方法。

背景技术

阴离子交换膜是分离与提纯、电化学器件中的关键材料，在水处理技术、湿法冶金、化工和化学分离及碱性燃料电池等工业领域中已得到广泛的应用。传统的聚合物阴离子交换膜的热和化学稳定性较低，在较高温度或碱性条件下聚合物中的季铵基团很容易发生降解，导致离子交换容量下降。(T.Sata，et al.，J.Membrane Sci.，1996，112，161.)

除了热和化学稳定性的要求，聚合物阴离子交换膜的机械性能(包括抗拉强度和柔韧性)也是应用的关键指标。目前的聚合物阴离子交换膜往往存在当离子交换容量较大时其机械性能显著下降的缺点。针对这一问题，专利申请号为200810047595，专利公开号为101274226的发明公开了一种聚合物阴离子交换膜的制备方法，该方法由聚合物依次进行氯甲基化、季铵化和成膜的步骤所构成，其每一步骤的得物均为下一步骤的初始待处物，其最后步骤完成后所得的聚合物阴离子交换膜具有较好的稳定性和高的离子交换容量。但该方法制备的聚合物阴离子交换膜不适宜在高温条件下操作。

为了提高水溶液电化学器件的能量效率，常常希望能在高温条件下操作。然而常见的阴离子交换膜在高温碱性条件下，若要获得高的交换容量则强度会大大下降，限制了聚合物阴离子交换膜在水溶液电化学器件中的应用。

发明内容

本发明的目的就是针对上述现有技术的状况而提供一种自交联聚合物阴离子交换膜的制备方法，该方法制得的自交联聚合物阴离子膜热稳定性、机械性能和耐碱性好，离子交换容量高，特别是在高温碱性条件下仍然具有优异的机械强度，为碱性水溶液电化学器件性能的提高提供了保障。

本发明的技术方案由聚合物依次进行氯甲基化、叔胺化、季铵化和成膜等步骤所构成，其叔胺化有下述分步骤：

1、将聚合物氯甲基化后的产物溶解于溶剂中，以得到聚合物的氯甲基化产物溶液(叔胺化备液)；

2、在聚合物的氯甲基化产物溶液中加入少许低级仲胺并在常温下搅拌使其反应充分，以获得聚合物的氯甲基化的叔胺化溶液(季铵化备液)。

作为优选，其低级仲胺包括二乙胺、二丙胺、二丁胺，其添加量为聚合物的氯甲基化产物溶液(叔胺化备液)重量的0.01～0.2倍；其在常温下的搅拌时间≥0.5小时，其常温范围为10℃～50℃。

本发明中各步骤的得物均为下一步的初始待处物。其氯甲基化、季铵化和成膜的步骤和现有技术相同。

本发明所述自交联聚合物阴离子交换膜制备方法，其交联反应在高温成膜的过程中自发进行，反应简便高效。自交联聚合物的交换容量可以通过氯甲基接枝率和叔胺接枝度加以控制。本发明简单易行，从性能角度上看，所制得的膜机械性能、热稳定性及离子交换容量远优于传统的聚合物阴离子交换膜，特别是在高温条件下，膜既具有高的交换容量，仍然保持优异的机械强度；便于系列开发以满足不同应用领域的需要。

具体实施方式

以下通过实施例进一步详细说明本发明聚合物阴离子交换膜的制备方法。

实施例1：

将1重量单位的聚芳砜(PASF)溶于5重量单位的1，2-二氯乙烷中，加入0.05重量单位的锌粉，0.1重量单位的三氟乙酸，再加入1重量单位的氯甲醚，在30℃下搅拌6小时；将上述混合物倒入甲醇中使产物沉淀出来，将沉淀物用水洗涤、干燥并打碎后溶于20重量单位的N，N-二甲基甲酰胺(DMF)，获得聚芳砜(PASF)的氯甲基化产物溶液。取其上述溶1重量单位加入0.01重量单位的二乙胺，在30℃下搅拌反应2小时。加热汽化三甲胺水溶液，将三甲胺气体经过干燥后通入上述溶液5分钟；将上述反应液用浇铸法于50℃干燥成膜，即得阴离子交换膜。

上述氯甲基化步骤、叔胺化步骤和季铵化步骤的溶液浓度不影响反应及其产物性能。