[发明专利]一种单片型双极膜的制造方法

说明书

技术领域

本发明属于功能高分子薄膜制造和膜分离技术领域，特别涉及一种单片型双极膜产品的工业化制造方法。

背景技术

双极膜(全称为双极性离子交换膜)通常由阳离子交换膜层(简称为阳层)、阴离子交换膜层(简称为阴层)和中间过渡区(也可称为催化层)复合组成。当双极膜反向施加电压时(即阴层面向正极，阳层面向负极)，带电离子就会在直流电场的作用下从中间过渡区向主体溶液迁移；在膜内原有的盐离子快速迁移出来之后，催化层开始催化水分子发生离解而持续地产生氢离子和氢氧根离子，所消耗的水分子则通过周围溶液中的水向中间过渡区不间断地渗透而得到及时的补充。其结果是，与不用双极膜的直接水解方式相比，双极膜电渗析器仅仅消耗相对少量的电量，即可源源不断地产生出来酸(氢离子)和碱(氢氧根离子)，成为由盐制造酸碱的“工厂”。

双极膜的生产方法，目前有五种：两层热压成型法、两层粘合成型法、(一层在另一层上)流延成型法、(两层分别)单独功能化法、(一层在另一层上)电沉积成型法(参考文献：傅荣强等，双极膜的制备技术进展，《水处理技术》，2003，第29卷第2期，第67～69页)。其中，热压法和粘合法得到的双极膜电阻较高，且两层容易在使用过程中脱开，使用寿命不长，难以形成具有竞争力的成熟工业产品。目前，工业上比较成熟的双极膜制造方法是第3种(流延成型法)和第4种(单独功能化法)。比如，日本Aston公司和德国Fumatech公司，都采用网布增强的单层分别流延法制备双极膜，即先在增强网布上涂布形成阳层(或者阴层)、再涂布形成阴层(或者阳层)，也可能在涂布之中引入催化层或者反复涂布某一层以达到所需要的单层厚度。这种方法能够连续化生产以得到成卷的双极膜产品，也很容易实现大规模化工业制造。但也存在一些难题，如涂布工艺控制复杂、对增强网布要求较高、长期使用容易膜内“鼓泡”导致膜性能衰减等。与此不同的是，美国专利US 4024043和中国专利申请号201010281997.4则都采用聚乙烯为主体的薄膜为基底膜，含浸由苯乙烯和二乙烯基苯组成的聚合单体溶液，聚合之后形成含有聚苯乙烯的复合基膜，再分别在一面用浓硫酸磺化形成阳层、在另一面实施氯甲基化和胺化反应来形成阴层。这样，所得到的双极膜阴层和阳层结合非常牢靠(因两者本身都基于同一张基 膜)，使用寿命可以更长。但这种制造双极膜的方法也存在一些问题亟待解决。例如，磺化、氯甲基化、胺化等反应过程都容易受到各种因素的影响，尤其是第一步进行的磺化过程，难以精确地予以控制。这样，会导致批次间的阳层厚度存在差异，进而导致阴层厚度和双极膜的性能难以稳定。

发明内容

本发明提供了一种表面平整、阴阳层界面清晰、膜厚度均一、膜性能稳定、且能实现大规模化工业生产的单片型双极膜产品的制造方法。

采用本发明方法制得的单片型双极膜产品，表面平整、界面清晰、离子交换基团分布均匀、膜厚度均一，且容易实现大规模化工业制造，膜产品性能稳定，适合在电渗析领域的工程应用。

本发明的技术方案如下：一种单片型双极膜的制造方法，其按如下步骤进行：

步骤1)，将成卷的磺化聚苯乙烯-聚乙烯系阳离子交换干膜卷与含聚苯乙烯热塑性弹性体薄膜卷分别放卷，后叠合，然后依次经过四辊压延机热压、五辊冷却机组冷却和收卷机收卷，得到单面涂敷含聚苯乙烯热塑性弹性体的复合阳膜卷；

步骤2)，将复合阳膜卷裁断，加盖聚酯保护膜及不锈钢钢板后，置于平板硫化机上热压，冷却、卸压、取出后得到结合牢固的复合阳膜片；

步骤3)，将两张复合阳膜片的未涂覆面贴合，再与聚丙烯隔网叠合，松散排列，多层组合堆积，置于反应槽中，先后加入氯甲醚和催化剂实施氯甲基化反应、二甲胺与三甲胺混合溶液实施胺化反应，洗涤干净之后取出，剥落聚丙烯隔网，收集湿膜，即可制得所述的单片型双极膜。

优选的，步骤1)中，磺化聚苯乙烯-聚乙烯系阳离子交换干膜含有聚乙烯为主的可热塑性高分子骨架和聚苯乙烯磺酸钠荷负电功能高分子。

优选的，步骤1)中，所述的磺化聚苯乙烯-聚乙烯系阳离子交换干膜，阳离子交换容量为1.5～2.2毫摩尔每克干膜。

优选的，步骤1)中，所述的磺化聚苯乙烯-聚乙烯系阳离子交换干膜，厚度为0.10～0.15毫米。