一种卷式双极膜的制造方法技术

本发明专利技术公开了一种卷式双极膜的制造方法：1)，将成卷的磺化聚苯乙烯-聚乙烯系阳离子交换干膜卷与聚烯烃薄膜卷分别放卷，后叠合，然后依次经过四辊热压机热压、五辊冷却机组冷却及收卷机收卷，得到单面涂敷的聚烯烃涂敷阳膜卷；2)，解开步骤1)的聚烯烃涂敷阳膜卷，于涂敷面喷涂含有功能单体、交联剂和引发剂的聚合单体溶液，与聚酯保护膜间隔叠合、压紧之后再收卷，整体置于恒温烘箱中加热引发聚合，剥离聚酯保护膜之后得到单面含有功能聚合物的吸收阳膜卷；3)，选用聚丙烯隔网与步骤2)的吸收阳膜卷松散间隔收卷，置于二甲胺与三甲胺的混合水溶液中实施胺化反应，洗涤干净之后剥离聚丙烯隔网，将湿膜单独收卷，即制得卷式双极膜。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于功能高分子薄膜制造和膜分离
，特别涉及一种卷式双极膜产品的连续制造方法。
技术介绍
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，与不采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，目前常用的有五种：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。但也存在一些问题，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US4024043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。其一，其只能得到单片型的双极膜产品，并难以实现连续化生产以得到成卷的双极膜产品。其二，难以实现生产过程的自动控制化，批次之间的差异容易引起膜性能的大幅波动。其三，化学反应受到各种因素的影响，每层厚度难以精确地予以控制。第四，需要使用强致癌性的原料氯甲醚，毒性很大，并非“绿色”制造，工业生产会污染环境，且存在一定的安全隐患。
技术实现思路
本专利技术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、且能实现大规模连续化工业生产的卷式双极膜产品的制造方法。采用本专利技术方法制得的卷式双极膜产品，表面平整、界面清晰、功能基团分布均匀、膜厚度均一，且容易实现大规模的连续化工业制造，膜性能稳定，适合在电渗析领域的工程应用。为达到上述目的，本专利技术的技术方案如下：一种卷式双极膜的制造方法，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聚烯烃薄膜卷分别放卷，后叠合，然后依次经过四辊热压机热压、五辊冷却机组冷却及收卷机收卷，得到单面涂敷的聚烯烃涂敷阳膜卷；步骤2)，解开步骤1)的聚烯烃涂敷阳膜卷，于涂敷面喷涂含有功能单体、交联剂和引发剂的聚合单体溶液，使涂敷面快速吸收聚合单体溶液，与聚酯保护膜间隔叠合、压紧之后再收卷，整体置于恒温烘箱中加热引发聚合，剥离聚酯保护膜之后得到单面含有功能聚合物的吸收阳膜卷；步骤3)，选用聚丙烯隔网与步骤2)的吸收阳膜卷松散间隔收卷，置于二甲胺与三甲胺的混合水溶液中实施胺化反应，洗涤干净之后剥离聚丙烯隔网，将湿膜单独收卷，即制得所述的卷式双极膜。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，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，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。优选的，步骤1)中，聚烯烃薄膜由聚乙烯和增柔剂共混挤出、流延拉伸而成，其中，聚乙烯与增柔剂的质量比为100：10～100：25。优选的，聚烯烃薄膜，其原料中的聚乙烯包括线性低密度聚乙烯(LLDPE)、茂金属线性低密度聚乙烯(MLLDPE)和低密度聚乙烯(LDPE)。优选的，增柔剂选之聚异丁烯、三元乙丙橡胶、乙烯-辛烯共聚物的一种或多种混合。优选的，步骤1)中，聚烯烃薄膜的厚度为0.04～0.08毫米。优选的，步骤2)中，含有功能单体、交联剂和引发剂的聚合单体溶液，其中，功能单体指对氯甲基苯乙烯和甲基丙烯酸缩水甘油酯的混合物。优选的，步骤3)中，用于胺化反应的二甲胺与三甲胺混合水溶液，其中，三甲胺与二甲胺的质量含量比例为100：5～100：20。优选的，湿膜厚度为0.16～0.25毫米。本专利技术卷式双极膜的制造方法的有益效果是：1)采用成卷的磺化聚苯乙烯-聚乙烯系阳离子交换干膜卷为基底膜，因此，可以实现连续化成卷制造，得到成卷的双极膜产品，提高了生产效率，同时降低了工艺的不确定性风险。2)采用阳离子交换基底膜，其厚度、交换容量、湿膜含水率等性能指标稳定，有利于在此基础上得到性能稳定的双极膜产品。3)采用阳离子交换基底膜，其本身含有聚乙烯为主的可热塑性成分，与要单面涂敷的聚烯烃薄膜层的材质相容性高，因此，能够在经过压延复合、涂覆吸收、聚合成型之后形成既结合紧密又界面清晰的双极膜阳层和阳层，确保所制得的双极膜产品具有合适的工作性能和使用寿命。4)采用了功能性单体(对氯甲基苯乙烯或甲基丙烯酸缩水甘油酯)，避免了使用强致癌性的原料氯甲醚，也省去了氯甲基化反应步骤，只需将吸收阳膜卷直接胺化即可制得所述的双极膜产品。同时，因为胺化反应本身较氯甲基化反应更为容易，可以在完全反应(如反应转化率达到98％)之后得到的双极膜阴层的交换容量更高、更稳定、也更加可控，进一步降低了制造工艺的不确定性风险。附图说明图1是卷式双极膜的制造工艺流程图。具体实施方式图1显示了本专利技术卷式双极膜的制造工艺流程，以下针对各步骤予以详细说明。步骤1)中的磺化聚苯乙烯-聚乙烯系阳离子交换干膜，作为双极膜制造的基底膜，它同时含有聚乙烯为主的可热塑性组分和聚苯乙烯磺酸钠荷负电功能高分子。通常，这种阳离子交换基底膜通过以下步骤制造得到：a)以聚乙烯颗粒(如茂金属线性低密度聚乙烯)与少量的增柔剂颗粒(例如聚异丁烯、三元乙丙橡胶、乙烯-辛烯共聚体(即热塑性聚烯烃弹性体，POE)等)熔融共混、造粒，之后再含浸苯乙烯和二乙烯组成的共聚单体溶液，聚合得到聚苯乙烯-聚乙烯系高分子合金白球；b)将此合金白球用浓硫酸磺化，得到磺化的阳离子交换高分子合金树脂；c)将此合金树脂经过开炼、连续压延、冷却、收卷之后即得到所述的磺化聚苯乙烯-聚乙烯系阳离子交换干膜卷。优选辽宁易辰膜科技有限公司生产的LCM系列阳离子交换均质膜，作为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种卷式双极膜的制造方法，其特征是按如下步骤进行：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聚烯烃薄膜卷分别放卷，后叠合，然后依次经过四辊热压机热压、五辊冷却机组冷却及收卷机收卷，得到单面涂敷的聚烯烃涂敷阳膜卷；步骤2)，解开步骤1)的聚烯烃涂敷阳膜卷，于涂敷面喷涂含有功能单体、交联剂和引发剂的聚合单体溶液，与聚酯保护膜间隔叠合、压紧之后再收卷，整体置于恒温烘箱中加热引发聚合，剥离聚酯保护膜之后得到单面含有功能聚合物的吸收阳膜卷；步骤3)，选用聚丙烯隔网与步骤2)的吸收阳膜卷松散间隔收卷，置于二甲胺与三甲胺的混合水溶液中实施胺化反应，洗涤干净之后剥离聚丙烯隔网，将湿膜单独收卷，即制得所述的卷式双极膜。

【技术特征摘要】
1.一种卷式双极膜的制造方法，其特征是按如下步骤进行：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聚烯烃薄膜卷分别放卷，后叠合，然后依次经过四辊热压机热压、五辊冷却机组冷却及收卷机收卷，得到单面涂敷的聚烯烃涂敷阳膜卷；步骤2)，解开步骤1)的聚烯烃涂敷阳膜卷，于涂敷面喷涂含有功能单体、交联剂和引发剂的聚合单体溶液，与聚酯保护膜间隔叠合、压紧之后再收卷，整体置于恒温烘箱中加热引发聚合，剥离聚酯保护膜之后得到单面含有功能聚合物的吸收阳膜卷；步骤3)，选用聚丙烯隔网与步骤2)的吸收阳膜卷松散间隔收卷，置于二甲胺与三甲胺的混合水溶液中实施胺化反应，洗涤干净之后剥离聚丙烯隔网，将湿膜单独收卷，即制得所述的卷式双极膜。2.根据权利要求1所述的卷式双极膜的制造方法，其特征在于：步骤1)中，所述的磺化聚苯乙烯-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。3.根据权利要求1或2所述的卷式双极膜的制造方法，其特征在于：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。4.根据权利要求1或2所述的卷式双极膜的制造方法，其特征在于：步骤1)中，所述的磺化聚苯乙...

【专利技术属性】
技术研发人员：雷引林，李治辉，陈文澜，
申请(专利权)人：辽宁易辰膜科技有限公司，
类型：发明
国别省市：辽宁;21