[发明专利]聚偏氟乙烯/聚苯乙烯基阴离子交换合金膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于功能高分子膜制备技术领域，特别涉及一种具有互穿网络结构的聚偏氟乙烯/聚苯乙烯基阴离子交换合金膜的制备方法。

背景技术

离子交换膜由于具有独特的离子交换（传导）特性，在清洁生产、环境保护、能量转化等方面发挥着越来越重要的作用，特别适合于现代工业对脱盐（或浓缩）分离、新能源、节能、低品位原材料再利用和环境污染治理的需要。离子交换膜大致可以分为异相膜和均相膜。其中，异相离子交换膜一般采用热压成型工艺制造，工艺相对简单，生产成本也较低。但是，起骨架支撑作用的疏水性粘结聚合物（如低密度聚乙烯）与起离子传导（交换）作用的亲水性离子交换树脂粉之间的极性相差较大，使得异相离子交换膜在电驱动膜分离应用时容易出现结构分离现象，存在明显的“脱粉”和“空穴”的缺陷。另一方面，均相离子交换膜的制造，通常是预先由单体聚合成基膜，或者由多孔基膜（如聚丙烯多孔膜）浸吸单体后聚合成膜，再实施功能基化反应，来引入离子交换基团。如聚苯乙烯基阴离子交换膜，通常需要将聚苯乙烯基膜先实施氯甲基化，再实施胺化反应而得。而要对整膜实施功能基化反应，特别是氯甲基化反应，反应过程难以予以精确操控，对过程控制和装备的要求都很高，且难以保证每个批次产品性能的稳定性。

为此，雷引林等人结合借鉴我国现有的离子交换树脂产业和异相离子交换膜产业的技术路线和装备条件，提出了一种聚苯乙烯系离子交换膜的制备方法（中国发明专利申请号201110417296.3）。然而，该发明所采用的聚偏氟乙烯或聚偏氟乙烯-聚异丁烯复合颗粒，对单体（由苯乙烯和交联剂组成）的浸吸能力很弱，因此难以在氯甲基化、胺化之后获得高离子交换容量的阴离子交换合金膜。同时，工业氯甲醚（一般含量约为40%），和其中含有的二氯甲醚，都易挥发、刺激性大、有强腐蚀性，是两种已知的强致癌物质。

鉴于此，本发明提出采用氯甲基苯乙烯代替苯乙烯，作为高分子合金的聚合单体，来制造高离子交换容量的季铵型的聚偏氟乙烯/聚苯乙烯基阴离子交换合金膜。且不再需要氯甲基化过程，因此杜绝了氯甲醚的使用。

发明内容

本发明的目的是为了全面提升传统聚苯乙烯系异相阴离子交换膜的综合性能，提供一种具有高分子互穿网络结构的聚偏氟乙烯/聚苯乙烯基阴离子交换合金膜的制备方法。该方法制造的阴离子交换膜的结构和性能，均优于阴离子交换异相膜，而接近于阴离子交换均相膜。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种聚偏氟乙烯/聚苯乙烯基阴离子交换合金膜的制备方法，该方法包括以下步骤：

1、先将氯甲基苯乙烯、交联剂和引发剂按照质量配比100:2~10:3~10组成的聚合单体溶液，滴加到聚偏氟乙烯溶液之中，聚合单体溶液与聚偏氟乙烯溶液的质量配比为5~40:100，充分混合，得到均匀的高分子复合溶液；

2、将复合溶液加热至60~120℃，聚合8~30小时，得到果冻状的高分子胶状物；将胶状物挤出、水沉淀固化、拉丝、造粒，得到聚氯甲基苯乙烯/聚偏氟乙烯合金颗粒；将合金颗粒烘干、粉碎，得到合金粉末；

3、将合金粉末与胺化溶液在30~60℃下反应3~15小时，胺化溶液的使用量为合金粉末质量的200%~1000%；洗涤、稀盐酸浸泡转型、再洗涤，烘干之后即制得聚偏氟乙烯/聚苯乙烯基阴离子交换粉末；

4、将阴离子交换粉末送入密炼机，添加颜料、增柔剂、抗氧化剂和脱模剂等辅料，在160~210℃下密炼15~60分钟，出料；然后送入开炼机，在150~200℃下开炼10~30分钟，拉片；再送入热压机中，于160~210℃，压力为25~60兆帕下热压15~60分钟。冷却成型，制得所述的聚偏氟乙烯/聚苯乙烯基阴离子交换合金膜。

本发明的有益效果是：所制得的聚偏氟乙烯/聚苯乙烯基阴离子交换合金膜，起基膜作用的偏氟乙烯组分与起离子交换作用的季铵化聚苯乙烯组分之间相互缠绕，具有互相贯穿的高分子合金结构，消除了传统异相阴离子交换膜中树脂粉与高分子粘结剂之间不相容的结构缺陷，膜电阻大为降低，膜的电化学综合性能明显优于阴离子交换异相膜，而接近于阴离子交换均相膜。并且，制得的阴离子交换合金膜即使不覆盖增强网布，它的机械强度也足够高，可以满足电驱动膜过程的实际应用要求。而且，避免了致癌性试剂氯甲醚的使用，容易实现工业化安全生产。

附图说明

图1是本发明的制造工艺流程图。

具体实施方式

如图1所示，本发明所述的聚偏氟乙烯/聚苯乙烯基阴离子交换合金膜的制备方法，包括以下步骤：