电荷嵌镶膜、其制备方法、使用方法以及安装有该膜的设备技术

一种具有优异的选择性渗透的电荷嵌镶膜，包括阳离子聚合物组分、阴离子聚合物组分和基体组分。该阳离子聚合物组分和该阴离子聚合物组分均为交联的粒状聚合物。该基体组分至少含有一种聚合物，选自聚砚树脂、多芳基化树脂、聚酰胺树脂、聚酰亚胺树脂、聚酰胺－酰亚胺树脂、聚氨基甲酸乙酯树脂、氟化树脂或硅氧烷树脂。该电荷嵌镶膜可通过使用一种组合物成膜而容易地制备。在该组合物中的阳离子聚合物组分和阴离子聚合物组分均分散在有机溶剂的基体组分溶液中。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种可以渗透电解质的电荷嵌镶膜、制备该电荷嵌镶膜的方法、使用该电荷嵌镶膜的方法、以及安装有该电荷嵌镶膜的设备。电荷嵌镶膜的每个阳离子聚合物区域和阴离子聚合物区域以基本上相互交替的方式在膜的厚度方向上延伸，这是现有技术中所公知的。这些公知的膜具有可渗析低分子量电解质的功能，但是它们不能渗析非电解质或对此种电解质的渗析速率非常低。作为制备此种电荷嵌镶膜的方法，已提出使用嵌段共聚物或使用至少一种聚合物微粒状的阳离子聚合物和阴离子聚合物。使用嵌段共聚物的制备方法非常难以实现。与之相反，使用至少一种聚合物微粒状的阳离子聚合物和阴离子聚合物的制备方法具有非常容易生产的优点。在上述使用聚合物微粒的方法中，使用微球状的聚合物微粒使得可以很容易的制备电荷嵌镶膜，这是由于微球所固有的紧密性和各向同性的性能所致。然而该方法在生产大面积膜时会出现问题，因为绝大多数膜组分是离子型聚合物，而且用此种方式形成的膜在干燥时会发生收缩或强度损失。作为解决上述问题的一种方法，日本专利申请公开No.10-87855中提出将柔性聚合物组分作为电荷嵌镶膜的基体组分。该方法便于生产大面积电荷嵌镶膜，同时可使该电荷嵌镶膜在使用过程中具有改进的耐久性和操作性能。然而，该方法需要长的成膜时间，阳离子聚合物组分和阴离子聚合物组分(这两种聚合物组分在下文中将被称作“带电荷的聚合物组分”)的混合物或分散体的稳定性不十分满意，而且难以生产厚度均匀的薄膜。因此，本专利技术的目的是提供一种用带电荷的聚合物颗粒制成的电荷嵌镶膜，该膜易于制备并具有优异的选择渗透性，同时提供了一种制备厚度薄而均匀的电荷嵌镶膜的方法，其成膜时间短并且该带电荷的聚合物组分和基体组分的混合物或分散体具有优异的稳定性。为了达到上述目的，一方面本专利技术提供了一种电荷嵌镶膜，含有阳离子聚合物组分，阴离子聚合物组分和基体组分，其中阳离子聚合物组分和阴离子聚合物组分均是交联粒状聚合物；而且该基体组分至少是一种选自聚砜树脂、多芳基化树脂、聚酰胺树脂、聚酰亚胺树脂、聚酰胺-酰亚胺树脂、聚氨基甲酸乙酯树脂、氟化树脂或硅氧烷树脂的聚合物；在另一方面，本专利技术提供了一种制备该电荷嵌镶膜的方法，包括通过使用一种组合物来形成膜，该组合物中的阳离子聚合物组分和阴离子聚合物组分均分散在有机溶剂中的该基体组分溶液中；在又一个方面，本专利技术提供了一种使用该电荷嵌镶膜的方法，包括使电解质渗透过该膜；在还一方面，本专利技术提供了一种安装有该电荷嵌镶膜的设备。本专利技术的电荷嵌镶膜具有优异的物理性能如耐化学性、耐溶剂性和耐水性，化学性能稳定，具有耐水解性和耐氧化降解性，而且具有极好的选择渗透性。根据本专利技术的制备方法，形成区域结构的带电荷的聚合物组分均以交联粒状聚合物的形式使用，并且至少一种选自聚砜树脂、多芳基化树脂、聚酰胺树脂、聚酰亚胺树脂、聚酰胺-酰亚胺树脂、聚氨基甲酸乙酯树脂、氟化树脂或硅氧烷树脂的聚合物用作形成基体的聚合物组分。在成膜过程中，作为带电荷的聚合物组分的交联粒状聚合物以组合物形式使用，其中该交联粒状聚合物分散在溶解于有机溶剂中的基体组分溶液中。因此该制备方法可以在短的成膜时间内形成厚度均匀的薄的电荷嵌镶膜，同时该混合物即该带电荷的聚合物组分和该基体组分的分散体具有优异的稳定性。因此，本专利技术的电荷嵌镶膜可用于选择透过电解质，例如用于电解液的运输、分离、浓缩或吸收等。附图说明图1是作为本专利技术使用电荷嵌镶膜的设备的一个实例的渗析器的垂直截面图；以及图2是实施例1的渗析分离特性曲线图。本专利技术的该电荷嵌镶膜的特征在于该阳离子和阴离子聚合物组分(在下文中被称为“带电荷的聚合物组分”)分别形成膜中区域的带电荷的聚合物组分均为交联粒状聚合物，并且其基体组分由至少一种选自聚砜树脂、多芳基化树脂、聚酰胺树脂、聚酰亚胺树脂、聚酰胺-酰亚胺树脂、聚氨基甲酸乙酯树脂、氟化树脂或硅氧烷树脂的聚合物组成。该电荷嵌镶膜的制备方法的特征在于该膜使用以组合物形式存在的两种带电荷的聚合物组分成膜，其中该两种聚合物组分分散在至少一种聚合物的溶液中，该聚合物作为基体组分选自聚砜树脂、多芳基化树脂、聚酰胺、聚酰亚胺、聚酰胺-酰亚胺树脂、聚甲酸乙酯树脂、氟化树脂或硅氧烷树脂并溶解在溶剂中。另外，在本专利技术中每种带电荷的聚合物组分优选的平均颗粒尺寸为0.01-20μm，优选为0.02-10μm范围内。可用于本专利技术的带电荷的聚合物组分的实例包括作为阳离子聚合物组分的聚合物含有阳离子基团如伯-叔氨基、季铵基或吡啶鎓基或其盐的基团，而作为阴离子聚合物组分的聚合物包含阴离子基团如磺基、羧基、硫酸酯或磷酸酯基，或其盐的基团。当将离子基团转换为其盐时，可用一种酸作为阳离子基团，如盐酸、硫酸、磷酸或有机酸，同时可用一种碱作为阴离子基团，如碱金属、氨、胺或链烷醇胺。每种带电聚合物组分都可先形成不带电的粒状聚合物而后对该不带电的粒状聚合物进行化学改性如胺化作用、季氨化作用、水解、磺化或硫酸盐化作用。除了上述所例举的外，还可采用其它化学改性，只要不带电的聚合物可以通过化学改性而阳离子化或阴离子化。可用于制备带电聚合物组分的单体的典型实例包括阴离子单体如(甲基)丙烯酸、苯乙烯磺酸、(甲基)丙烯酰氧丙基磺酸、(甲基)丙烯酸硫代丙基酯、(甲基)丙烯酸2-硫代乙基酯、2-(甲基)丙烯酰基氨基-2-甲基-1-丙磺酸、2-(甲基)丙烯酰基氨基-2-丙磺酸和乙烯基磺酸、及其盐；4-乙烯基吡啶和2-乙烯基吡啶、及其季铵化衍生物；以及阳离子单体如(甲基)丙烯酸二甲氨基乙基酯、(甲基)丙烯酸二乙基氨基乙基酯、4-乙烯基苄基二甲胺和2-羟基-3-(甲基)丙烯氧丙基二甲胺，和季铵化衍生物及其盐。另一方面，可用于制备未带电聚合物(该聚合物将通过化学改性转换为带电荷的聚合物组分)的单体的代表实例包括可化学改性单体，例如苯乙烯化合物如苯乙烯、α-甲基苯乙烯、氯甲基苯乙烯和羟甲基苯乙烯；(甲基)丙烯酸酯化合物如(甲基)丙烯酸甲酯、(甲基)丙烯酸乙酯、(甲基)丙烯酸羟乙基酯、(甲基)丙烯酸聚乙二醇酯、(甲基)丙烯酸羟丙基酯和(甲基)丙烯酸聚丙二醇酯；(甲基)丙烯酰胺化合物如(甲基)丙烯酰胺、N-甲基(甲基)丙烯酰胺、N-羟甲基-(甲基)丙烯酰胺、N-丁氧基甲基(甲基)丙烯酰胺和N,N-二甲基丙烯酰胺；丙烯腈；和乙基乙酸酯。通过上述单体的聚合作用可获得各种可化学改性的未带电聚合物。在聚合反应时，该单体可以与公知的未带电单体(通过此种化学改性反应保持基本未带电)共聚。此种单体的例子有(甲基)丙烯酸月桂酯和(甲基)丙烯酸硬脂酰酯。用上述带电或可化学改性单体制备的带电或未带的粒状聚合物需要以交联形状存在，因为在将其制成膜时需要使用有机溶剂。每种粒状聚合物的交联在上述带电荷的或未带电荷的聚合物等聚合时，通常可通过使交联单体共聚获得。所例举的交联单体为双官能单体如二乙烯基苯、亚甲基双(甲基)丙烯酰胺、二甲丙烯酸乙二醇酯和二甲丙烯酸1,3-丁二醇酯；三官能单体如三甲基丙烯酸三羟甲基丙酯；以及四官能(甲基)丙烯酸酯。以构成聚合物的单体为100重量份计算，这些交联单体优选在0.1-30重量份范围内，更优选在0.5-10重量份范围内使用。作为由此种单体和交联单体制备粒状聚合物组分的代表性方法，可提及在含水体系和无水本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电荷嵌镶膜，含有阳离子聚合物组分、阴离子聚合物组分和基体组分，其中所述阳离子聚合物组分和所述阴离子聚合物组分均是交联的粒状聚合物；而且所述基体组分至少是一种选自聚砜树脂、多芳基化树脂、聚酰胺树脂、聚酰亚胺树脂、甲酰胺－酰亚胺树脂、聚氨基甲酸乙酯树脂、氟化树脂或硅氧烷树脂的聚合物。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：福冨兀，杉户善文，泷泽稔，小熊尚实，土居诚司，中村道卫，
申请(专利权)人：大日精化工业株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]