一种具有离子交换功能的微孔膜的制备方法技术

本发明专利技术属于膜技术领域，具体涉及一种具有离子交换功能的微孔膜的制备方法，熔融挤出膜片，两次双向拉伸，热定型，即得。本发明专利技术制备的全氟微孔膜具有离子交换功能，增加了增强材料与树脂的粘结性，而且微孔膜厚度均匀、孔径均匀、尺寸稳定。作为质子交换膜及氯碱离子膜的增强材料，能增加阳离子透过膜的有效面积，相应降低膜电阻和槽电压，为工业化生产减低能耗。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术属于膜
，具体涉及，熔融挤出膜片，两次双向拉伸，热定型，即得。本专利技术制备的全氟微孔膜具有离子交换功能，增加了增强材料与树脂的粘结性，而且微孔膜厚度均匀、孔径均匀、尺寸稳定。作为质子交换膜及氯碱离子膜的增强材料，能增加阳离子透过膜的有效面积，相应降低膜电阻和槽电压，为工业化生产减低能耗。【专利说明】
本专利技术属于膜
，具体涉及。
技术介绍
自全氟离子交换复合膜在氯碱工业中大显身手后，全氟离子交换膜的应用在全世界得到了广泛的研究。全氟离子交换膜无论是在氯碱工业还是在燃料电池中的应用，目前公知的技术都需要采用增强骨架材料进行增强，无论是采用微孔材料增强还是纤维增强，这些增强材料无外乎聚四氟乙烯、可熔融聚四氟乙烯及辅助用的少量的牺牲纤维材料。这些全氟型的增强材料属于无离子交换功能的绝缘材料，其体积电阻率比一般氯碱工业用全氟型离子交换的电阻率要高出14个数量级之多，因而在阳离子定向透过膜的背面将出现“盲区”，相应减少了阳离子透过膜的有效面积，增加了膜电阻和槽电压，这是目前本领域的一个技术难题；另外一个技术难题是无论聚四氟乙烯还是可熔融聚四氟乙烯，都是具有很低的表面能，粘附性能很差，其与交换膜材料的层间粘合力弱，使用过程中膜层间易起跑、剥离，缩短膜材料的使用寿命。目前燃料电池中用的增强材料主要是聚四氟乙烯微孔膜，由于聚四氟乙烯微孔膜的强疏水性和树脂溶液的强吸水性，导致树脂的填充量不足，影响膜的性能。虽然很多研究通过聚四氟乙烯的表面改性及共混填充改性来提高聚四氟乙烯微孔膜吸水性，但是都没有办法从根本上解决这一问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供，科学合理、简单易行，制备的微孔膜厚度均匀、孔径均匀、尺寸稳定。本专利技术所述的具有离子交换功能的微孔膜的制备方法，步骤如下:(I)熔融挤出膜片:将具有离子交换功能的氟树脂通过熔融挤出，制备膜片；(2)两次双向拉伸:将制备的膜片进行同步纵横向两次双向拉伸；(3)热定型:将步骤(2)制备的双向拉伸膜进行热定型，即得。步骤(I)中所述的具有离子交换功能的氟树脂是带有磺酰氟基团的全氟树脂。所述的带有磺酰氟基团的全氟树脂是将全氟磺酰基乙烯基醚、四氟乙烯及六氟丙烯单体或全氟磺酰基乙烯基醚、四氟乙烯及烷基乙烯基醚在分散剂、溶剂和引发剂存在下经自由基引发共聚合制备得到的。所述的带有磺酰氟基团的全氟树脂的制备可选用本领域的任意一种方法，本专利技术采用的全氟树脂的制备方法参见200610166294.0和200610166293.6。步骤(I)中所述的具有离子交换功能的氟树脂的离子交换容量值为0.10-0.45mmol/g，在 372°C 的熔融流动指数为 5_50g/10min。步骤(I)中所述的熔融温度为200-400°C，其熔融挤出的模头温度至少300°C。步骤(2)中所述的双向拉伸温度为180_350°C，优选拉伸温度为200-300°C。步骤(2)中所述的双向拉伸的拉伸速率为l_20m/min，优选拉伸速率为1-1Om/min ;双向拉伸的拉伸倍数为1-500，优选拉伸倍数为2-200 ;双向拉伸每次拉伸的时间间隔为1-60秒。步骤(3)中所述的热定型温度为260-380°C，优选热定型温度为300_340°C ;热定型的时间为20-80秒。所述的微孔膜的拉伸方法为双向拉伸，即同步纵、横向拉伸。本专利技术熔融挤出时设备与树脂接触的部分采用高镍合金，防止树脂中引入杂质离子。本专利技术制备的微孔膜的厚度为0.1-20微米，孔径为0.1-10微米，纵向收缩率小于5%,横向收缩率小于4%。本专利技术制备的微孔膜可用于质子交换膜和氯碱离子膜的增强材料，同时达到增强和提高离子交换能力的作用。本专利技术与现有技术相比，具有如下有益效果:本专利技术制备的全氟微孔膜具有离子交换功能，增加了增强材料与树脂的粘结性，而且微孔膜厚度均匀、孔径均匀、尺寸稳定。作为质子交换膜及氯碱离子膜的增强材料，能增加阳离子透过膜的有效面积，相应降低膜电阻和槽电压，为工业化生产减低能耗。【具体实施方式】以下结合实施例对本专利技术做进一步描述。实施例1(I)熔融挤出膜片:将该氟树脂在螺杆温度为265°C，模头温度为305°C的条件下，通过熔融挤出制备双向拉伸的膜片。(2)两次双向拉伸:将制备的膜片冷却，并在180°C进行同步纵横向两次双向拉伸。第一次拉伸速率为5m/min，第二次拉伸速率为lm/min，两次拉伸时间间隔为30s。(3)热定型:将步骤(2)制备的双向拉伸膜进行热定型，在280°C热定型的时间为20so按上述方法制备的微孔膜厚度为15微米，且厚度均匀，孔径为0.3微米，且孔径均匀，纵向收缩率为5%，横向收缩率为4%，尺寸稳定性好。实施例2(I)熔融挤出膜片:将该氟树脂在螺杆温度为320°C，模头温度为380°C的条件下，通过熔融挤出制备双向拉伸的膜片。(2)两次双向拉伸:将制备的膜片冷却，并在260°C进行同步纵横向两次双向拉伸。第一次拉伸速率为10m/min，第二次拉伸速率为3m/min，两次拉伸时间间隔为60s。(3)热定型:将步骤(2)制备的双向拉伸膜进行热定型，在320°C热定型的时间为50so按上述方法制备的微孔膜厚度为5微米，且厚度均匀，孔径为5微米，且孔径均匀，纵向收缩率为4.5%，横向收缩率为3%，尺寸稳定性好。实施例3(I)熔融挤出膜片:将该氟树脂在螺杆温度为350°C，模头温度为400°C的条件下，通过熔融挤出制备双向拉伸的膜片。(2)两次双向拉伸:将制备的膜片冷却，并在350°C进行同步纵横向两次双向拉伸。第一次拉伸速率为20m/min，第二次拉伸速率为5m/min，两次拉伸时间间隔为10s。(3)热定型:将步骤(2)制备的双向拉伸膜进行热定型，在340°C热定型的时间为80s。按上述方法制备的微孔膜厚度为0.1微米，且厚度均匀，孔径为10微米，且孔径均匀，纵向收缩率为3.5%，横向收缩率为3%，尺寸稳定性好。实施例4(I)熔融挤出膜片:将该氟树脂在螺杆温度为350°C，模头温度为390°C的条件下，通过熔融挤出制备双向拉伸的膜片。(2)两次双向拉伸:将制备的膜片冷却，并在210°C进行同步纵横向两次双向拉伸。第一次纵向拉伸速率为10m/min，横向拉伸速率为8m/min，第二次纵向拉伸速率为2m/min,横线拉伸速率为lm/min,两次拉伸时间间隔为10s。(3)热定型:将步骤(2)制备的双向拉伸膜进行热定型，在300°C热定型的时间为80s。按上述方法制备的微孔膜厚度为0.1微米，且厚度均匀，孔径为0.1微米，且孔径均匀，纵向收缩率为4%，横向收缩率为3.5%，尺寸稳定性好。实施例1-4所采用的全氟树脂为全氟磺酰基乙烯基醚、四氟乙烯及六氟丙烯共聚物。实施例5(I)熔融挤出膜片:将该氟树脂在螺杆温度为260°C，模头温度为300°C的条件下，通过熔融挤出制备双向拉伸的膜片。(2)两次双向拉伸:将制备的膜片冷却，并在180°C进行同步纵横向两次双向拉伸。第一次拉伸速率为5m/min，第二次拉伸速率为lm/min，两次拉伸时间间隔为30s。(3)热定型:将步骤(2)制备的双向拉伸膜进行热定型，在280°C热定型的时间为20so按上述方法制备的微孔膜厚度为15微米，且本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡盛梅，王婧，宗少杰，张恒，张永明，
申请(专利权)人：山东东岳高分子材料有限公司，
类型：发明
国别省市：