非均相离子交换膜及其制造方法技术

提供了一种异质离子交换材料，该材料包含一种合入到一种粘合剂中的离子交换树脂，该粘合剂含有一种选自由下列材料组成的组中的一种材料：（ｉ）茂金属催化的线性低密度聚乙烯，（ｉｉ）使用齐格勒－纳塔催化剂或茂金属催化剂处理的极低密度的聚乙烯或超低密度的聚乙烯，（ｉｉｉ）一种包含聚丙烯连续相的热塑性弹性烯烃，其中在整个聚丙烯连续相中分散有乙烯－丙烯－二烯单体或乙烯－丙烯橡胶的橡胶相，和（ｉｖ）一种包含聚丙烯连续相的热塑性硫化橡胶，其中在整个聚丙烯连续相中分散有乙烯－丙烯－二烯单体、乙烯－丙烯橡胶、腈－丁二烯橡胶、天然橡胶、乙烯醋酸乙烯酯橡胶相，偏二氟乙烯与六氟丙烯的一种共聚物，或偏二氟乙烯与六氟丙烯和四氟乙烯的一种共聚物。该离子交换膜可以使用先进的挤出技术制造，该先进的挤出技术包括计算机控制进料、具有独立可调的模唇部分的计算机控制自动模具厚度调节装置和具有反馈控制的核子厚度检测。该离子交换膜也可以通过注塑法制造。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及新型异相离子交换膜、制造这种膜的方法及使用这种膜的装置。在上述的每一种应用中，多种膜性能必须互相保持平衡以获得一种满足特殊应用的预期目的的膜。在这些目的中，一个目的是使用具有高选择性、低溶剂和非离子化溶质的迁移、所选离子的低扩散阻力、高物理强度以及良好的耐化学性能的膜。另外，还希望这样的膜能够以低成本而不使用有害物质容易地制造。此外，在制造包含这种膜的过程中，理想的膜应易于处理和加工，并且也应符合低成本装配工艺。目前可商购的离子交换膜主要有两种类型同质膜和异质膜。同质膜是其中膜的整个体相(不包括任何可用来提高强度的支持材料)由活性聚合物制成的一种膜。同质膜的例子包括由磺化的或胺化的苯乙烯-二乙烯基苯聚合物制成的膜(SDVB膜)、聚全氟磺酸制成的膜(PFSO膜)或在基础聚合物上接枝有活性基团的各种热塑性膜。遗憾的是，同质膜倾向于难以制造。它们也倾向于在其制造过程中使用有害物质，因为在极大程度上，它们必须由基础单体制成。此外，难以对其进行化学修饰，因为每种修饰都需要改变膜的基本化学性质。同质膜也倾向于具有有限的物理强度(因此经常需要一个网或布支持物)，原因是生成的聚合物不会立即具有在制造好的装置中有效工作所需的物理和电化学性能。同质膜可以是交联的(以使膜具有尺寸稳定性，但是却增加了干燥时的脆性和敏感性)，或它们可以是非交联的(以提供可以被干燥的膜，但是这种膜缺乏尺寸稳定性和耐溶胀性以及对多种溶剂的耐受力)。相反，异质膜由1)含有一种提供电化学性能的离子交换树脂的复合物和2)提供物理强度和完整性的粘合剂制成。异质膜也可以包括提供额外强度和稳定性的惰性支持材料。典型的异质膜有可以通过糊剂法(其中离子交换树脂单体在磨细的惰性粘合剂聚合物存在下发生反应，形成最终的离子交换树脂聚合物)生产的“微观异质”膜，或作为选择，通过预聚合的离子交换树脂和粘合剂的物理混合生产的“宏观异质”膜。与微观异质膜相比，目前的宏观异质膜倾向于具有较差的电化学性能，但是与微观异质类膜相比，它们确实具有多种优越性。特别是宏观异质膜易于制造并可被方便地化学修饰，原因在于在适当限度为不用显著改变制造方法就能够变化粘合剂和树脂类型以及含量。尤其是对于微观异质膜，粘合剂必须与前体离子交换单体相容，以使粘合剂不妨碍离子交换树脂单体的聚合，或由于这样的聚合，粘合剂被化学去掉其不合需要的性能。在某些板框型单元操作中，离子交换膜通常被置于相邻的框构件之间，以协助限定单个室或隔室。例如，在压滤型电去离子单元中，离子交换膜被置于相邻的框构件或隔板之间，形成独立的稀释和浓缩室。在装配这样的单元时，以平行的置于框构件之间的离子交换膜的方式提供多个框构件。然后通过夹紧方法将所得的结构合为一体，以提供一种闭合的、封紧的单元。破缝和针眼也会造成低劣的去离子性能。不幸的是，目前的离子交换膜材料不具有完全适合的密封特性。上述的单元操作经过长期运作，离子交换膜材料倾向于蠕变，从而与相邻的框构件脱离接触，并对单元的可靠密封具有潜在的损害。目前的离子交换膜也倾向于具有脆性并倾向于产生破缝或针眼，从而进一步潜在损害单元的密封。此外，目前的离子交换材料也不是特别适合于高温应用。因此，具有离子交换膜的单元操作不可能作为制药应用的候选操作，因为在制药应用中，在为消毒进行的清洗操作过程中，构成膜将经受高温。至于膜的制造，用于制造异质离子交换膜的现有方法通常包括片材挤出的标准设备。这种设备很常见。但是，挤出象异质离子交换膜这样的带填料的材料具有特殊困难。厚度控制、齿轮泵压力范围和相分散的均匀性都是当挤出所述的材料时所遇到的特殊困难。通常实际收率低至30％。在一个方面，该粘合剂为茂金属催化的线性低密度聚乙烯。在另一个方面，该粘合剂为使用齐格勒-纳塔催化剂或茂金属催化剂处理的极低密度聚乙烯或超低密度聚乙烯。在一个进一步的方面，该粘合剂为一种包含聚丙烯连续相的热塑性弹性烯烃，其中在整个聚丙烯连续相中分散有乙烯-丙烯-二烯单体或乙烯-丙烯橡胶的橡胶相。在一个更进一步的方面，该粘合剂为一种包含聚丙烯连续相的热塑性硫化橡胶，其中在整个聚丙烯连续相中分散有乙烯-丙烯-二烯单体、乙烯-丙烯橡胶、腈-丁二烯橡胶、天然橡胶、乙烯醋酸乙烯酯橡胶相。还提供了一种使用包括计算机控制进料、具有独立可调的模唇部分的计算机控制的自动模具厚度调节装置以及具有反馈控制的核子厚度检测在内的先进的挤出技术，以制造离子交换膜的方法。在一个方面，该方法包括步骤(i)通过一个自动模具挤出聚合物材料，该模具包括一个具有多个部分的第一模唇块和一个第二模唇块，至少一个第一模唇块的部分与所说第二模唇块间隔，至少一个第一模唇块的部分置于第一位置上，(ii)用传感器测量被挤出的聚合材料的一个第一厚度，(iii)向中央处理器(CPU)提供一个与该第一厚度对应的输入信号，在所说的CPU中，通过将输入信号跟与期望的厚度对应的给定值进行比较，处理该输入信号，(iv)提供一个输出信号，和(v)将至少一个第一模唇块的部分向与所说的输出信号对应的第二位置移动，以改变该至少一个第一模唇块的部分与第二模唇块之间的间距。制造离子交换膜的方法也由注塑法提供。本专利技术详述本专利技术的复合膜可以用于多种用途中，包括但不限于，以极性为基础的化学分离如电去离子作用和电渗析、电解、燃料电池和电池、全蒸发过程、气体分离、渗析分离和工业电化学如氯碱生产及其它的电化学应用。提供的异质离子交换膜包含典型的磨过的离子交换树脂如通过聚合粘合剂粘合的Rohmand Haas AMBERLITETMIR120和AMBERLITETMIRA 402，该粘合剂选自(i)茂金属催化的线性低密度聚乙烯(M-LLDDE)，(ii)使用齐格勒-纳塔催化剂或茂金属催化剂处理的极低密度的聚乙烯(VLDPE)或超低密度的聚乙烯(ULDPE)，(iii)一种包含聚丙烯连续相的热塑性弹性烯烃，其中在整个聚丙烯连续相中分散有乙烯-丙烯-二烯单体(EPDM)或乙烯-丙烯橡胶(EPR)的橡胶相，和(iv)一种包含聚丙烯连续相的热塑性硫化橡胶，其中在整个聚丙烯连续相中分散有EPDM、EBR、腈-丁二烯橡胶(NBR)、天然橡胶(NR)、乙烯醋酸乙烯酯(EVA)橡胶相，偏二氟乙烯与六氟丙烯的一种共聚物，或偏二氟乙烯与六氟丙烯和四氟乙烯的一种共聚物。M-LLDPE可以为用茂金属催化剂或限制几何形状的催化剂如INSIGHTTM共聚的乙烯α烯烃。热塑性硫化橡胶可以为AES SANTOPRENETM或DSMSARLINKTM，或AES TREFSINTM。在一个实施方案中，热塑性基弹性体为一种包含M-LLDPE以及聚丙烯(PP)、低密度聚乙烯(LDPE)、高密度聚乙烯(HDPE)、EDPM(交联、部分交联或未交联)、EPR(交联、部分交联或未交联)、EVA或其它合成橡胶如偏二氟乙烯与六氟丙烯的一种共聚物或偏二氟乙烯与六氟丙烯和四氟乙烯的一种共聚物中的任何物质的熔合物。在另一个实施方案中，热塑性基弹性体为VLDPE或ULDPE与PP、LDPE、HDPE、M-LLDPE、EPDM(交联、部分交联或未交联)、EPR(交联、部分交联或未交联)或EVA中的任何物质的熔合物。在另一个实施方案中，热塑性基弹性体为由(i)一本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种包含合入一种粘合剂中的离子交换树脂的异质离子交换材料，该粘合剂含有选自由下列材料组成的组中的一种材料：（ｉ）茂金属催化的线性低密度聚乙烯，（ｉｉ）使用齐格勒－纳塔催化剂或茂金属催化剂处理的极低密度的聚乙烯或超低密度的聚乙烯，（ｉｉｉ）一种包含聚丙烯连续相的热塑性弹性烯烃，其中在整个聚丙烯连续相中分散有乙烯－丙烯－二烯单体或乙烯－丙烯橡胶的橡胶相，和（ｉｖ）一种包含聚丙烯连续相的热塑性硫化橡胶，其中在整个聚丙烯连续相中分散有乙烯－丙烯－二烯单体、乙烯－丙烯橡胶、腈－丁二烯橡胶、天然橡胶、乙烯醋酸乙烯酯橡胶相，偏二氟乙烯与六氟丙烯的一种共聚物或偏二氟乙烯与六氟丙烯和四氟乙烯的一种共聚物。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：伊恩格伦托，马修J亚格尔，
申请(专利权)人：ECELL公司，
类型：发明
国别省市：CA[加拿大]