制膜方法技术

膜和制备具有弱酸性基团或弱碱性基团的膜的方法，所述方法包括以下步骤：（ｉ）将可固化组合物涂在支撑件上；（ｉｉ）将组合物固化少于３０秒从而形成膜；以及（ｉｉｉ）可选地从支撑件移除膜；其中可固化组合物包括具有至少两个丙烯酸基团的交联剂。膜尤其适用于通过反向电渗析发电。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及膜，制备这些膜的方法和这些膜的用途，如在反向渗析中的用途。
技术介绍
全球变暖和化石燃料的高价格使人们提高了对可再生能源的兴趣。最常见的可再 生能源是风能和太阳能。使用叶轮机收集风能越来越普遍，尽管许多人认为叶轮机不美观 并且它们在低风中和非常大风天里是无效的。太阳能也依赖于天气并且其在远离半球的国 家不是特别地有效。1卯4年，R. Plattle首次在Nature中描述了利用反向电渗析(RED)从海水和淡水 产生能量的原理。70年代时在美国和以色列获得了实验结果。美国专利第4，171，409号 是本领域创新的早期实例。荷兰的KEMA于2002年重新开始对RED的研究，命名为“蓝色 能量，，，获得了 2004 年的 “Energyand Environment” 类的 Dutch Innovation Award。在荷 兰，由于附近有丰富的淡水/咸淡水和咸水供给，因此对这种技术尤其感兴趣。在Turek et al,Desalination 205 Q007) 67-74 论文中讨论了使用 RED 发电。反 向透析(RED)的名字来源于其是传统透析的反向这一事实-不是使用电将海水脱盐，而是 通过混合咸水和稍淡的水(一般是海水与淡水或咸淡水)产生能量。Djugolecki et al, J. of Mebrane Science, 319 (2008) 214-222中讨论了对于RED来说最重要的膜性能。在RED中使用两种类型的膜，即一个是选择性地渗透正离子的膜而另一个是选择 性地渗透负离子的膜从两个这种膜之间的淡水分离出的咸水将失去流经膜并且进入淡水 中的正离子和负离子。这种电荷分离产生了可以直接用作电能的电势差。得到的电压取决 于以下因素，如堆叠在一起的膜的数量，穿过膜的离子浓度差，内部电阻和电极性能。流程 图示意性地示出了淡水/咸淡水和咸海水穿过包含阴离子膜和阳离子膜的反向电渗析单 元并且图1附上了钠离子和氯离子的流动。在图1中，F和S分别代表淡水/咸淡水和咸 水的流动。A和C分别代表阳极和阴极。Cl+和Na+分别代表氯离子和钠离子穿过膜。对于RED的所有潜在优势，商业上利用RED产生能量的主要阻碍是必需的阴离子 膜和阳离子膜的高价格。至今膜的价格是最终高kWh价格的主要因素。Turek推断，使膜成 本降低到实现海水/淡水RED能量产生商业化所必需的水平的预言不合理。因此，膜成本 的降低代表了蓝色能量商业化实施的重要障碍。自从Turek的文章之后，化石燃料的价格 显著增加。美国专利第4，923，611号描述了为传统的(与反向相反)电渗析制造离子交换 膜。方法很慢并且能量消耗大，在80°C条件下需要16小时以固化膜。同样，美国专利第 4，587，269号和美国专利第5，203，982号中使用的方法在80°C条件下花费了 17小时。GB 860，405描述了通过例如电子束固化一段未指定的时间来制造选择性渗透膜 的方法。GB 1，163，686描述了异质离子交换膜的制备。固化很慢并且消耗显著的能量。
技术实现思路
本专利技术力图提供一种提供膜的性价比高的方法，所述膜特别用于RED和用于产生 蓝色能量。根据本专利技术的第一方面，提供了一种制备具有弱酸性基团或弱碱性基团的膜的方 法，包括以下步骤(i)将可固化组合物涂在支撑件上；(ii)使组合物固化小于30秒钟以形成膜；以及(iii)从支撑件上选择性地移除膜；其中可固化组合物包括具有至少两个丙烯酸基团的交联剂。至今一般以缓慢的和能量消耗大的方法制造膜，通常具有许多步骤。本专利技术实现 了以简单方法生产膜，所述简单方法可以连续运行很长一段时间从而相对便宜地批量生产 膜。膜优选是阴离子交换膜或阳离子交换膜。膜的厚度(包括未被移走的支撑件)优选是小于200 μ m,更优选在10和150 μ m 之间，最优选在20和100 μ m之间。优选膜具有至少0. 3meq/g (毫当量每克)的离子交换能力，更优选是至少0. 5meq/ g，尤其是大于1. Omeq/g,以膜和任何多孔支撑件和任何与得到的膜保持接触的多孔强化材 料的总干重为基础。如以下实例部分所描述的可以通过滴定法测量离子交换能力。优选膜具有至少20meq/m2的电荷密度，优选是至少30meq/m2，尤其是至少40meq/ m2，以干膜的面积为基础。可以通过上述测量离子交换能力的方法测量电荷密度。优选膜具有对小阴离子如Cl_的大于75%的选择渗透性，更优选大于80%，尤其 大于85%或甚至大于90%。优选膜具有对小阳离子如Na+的大于75%的选择渗透性，更优 选大于80%，尤其是大于85%或甚至大于90%。优选膜具有小于lOohm/cm2的电阻，更优选小于5ohm/cm2，最优选小于3ohm/cm2。 优选膜在水中呈现小于50%的膨胀，更优选小于20%，最优选小于10%。可以通过在固化 步骤选择合适的参数来控制膨胀的程度。膜摄取的水分优选小于50%，以干膜的重量为基础，更优选小于40%，尤其是小 于 30%。电阻，选择渗透性和在水中的％膨胀可以通过Djugolecki et al, J. ofMembrane Science, 319 (2008) 217-218页所描述的方法来测量。一般膜基本上是无孔的，如孔小于标准扫描电子显微镜(SEM)的检测限。因此使 用Jeol JSM-6335F Field Emission SEM(使用2kV的加速电压，焦距4mm，光圈4，样品用 Pt覆盖的厚度为1. 5nm，放大率100，000X，3°倾斜视图)，平均孔尺寸一般小于5nm。膜中含有的弱酸性基团或弱碱性基团优选由可固化组合物中的可共聚物衍生而 来。例如，膜中含有的弱酸性基团或弱碱性基团可以方便地通过在可固化组合物中包括交 联剂而获得，所述交联剂具有选自弱酸性基团，弱碱性基团和可以转化成弱酸性或弱碱性 基团的基团的一个或多个基团。可选地，膜中的弱酸性基团或弱碱性基团可以通过在可固 化组合物中包括可固化化合物而获得，所述可固化化合物具有一个丙烯酸基团和一个或多 个选自弱酸性基团，弱碱性基团的基团和可以转化成弱酸性或弱碱性基团的基团。附图说明图1是示意性地示出淡水/咸淡水和咸海水穿过包含阴离子膜和阳离子膜的反向 电渗析单元的流程图并且图1附上了钠离子和氯离子的流动。在图1中，F和S分别代表 淡水/咸淡水和咸水的流动。A和C分别代表阳极和阴极。Cl+和Na+分别代表氯离子和钠 离子穿过膜。具体实施例方式在一个实施例中，可固化组合物包括交联剂，所述交联剂具有两个丙烯酸基团和 一个或多个选自弱酸性基团，弱碱性基团和可以转化成弱酸性或弱碱性基团的基团的基 团，并且所述组合物不含有具有一个丙烯酸基团的可固化化合物。可固化组合物中含有具有一个(如只有一个)丙烯酸基团的可固化化合物可以给 予膜有用的柔韧度。具有一个丙烯酸基团的可固化化合物优选具有一个或多个选自弱酸性 基团，弱碱性基团和可以转化成弱酸性或弱碱性基团的基团的基团。在优选的实施例中，组合物包括(a)可固化化合物，其具有一个丙烯酸基团和一 个或多个选自弱酸性基团，弱碱性基团和可以转化成弱酸性或弱碱性基团的基团的基团； 和(b)交联剂，其具有两个丙烯酸基团并且不含有本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制备具有弱酸性基团或弱碱性基团的膜的方法，包括以下步骤：（ｉ）将可固化组合物涂在支撑件上；（ｉｉ）将所述组合物固化少于３０秒从而形成膜；以及（ｉｉｉ）可选地从所述支撑件移除所述膜；其中所述可固化组合物包括具有至少两个丙烯酸基团的交联剂。

【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：威廉·约翰尼斯·范·巴克，
申请(专利权)人：富士胶片制造欧洲有限公司，
类型：发明
国别省市：NL