[发明专利]一种电解用阳离子透过复合膜

说明书

技术领域

本发明属于功能高分子复合材料领域，涉及一种微孔膜增强电解用阳离子透过复合膜 及制备。

背景技术

阳离子透过复合膜被广泛应用于电解碱金属氯化物水溶液生产碱金属氢氧化物和氯气 的方法，是氯碱行业普遍采用的新技术，同时，也可以作为隔膜用于水的电解、盐酸的电 解和回收贵金属的电解中。实际应用中，要求这种离子交换膜具有高的电流效率、低的膜 电阻和高的机械强度。因此，通常在其中包含某种增强材料以提高膜的力学性能。

目前，全氟离子复合膜中使用的增强材料是聚四氟乙烯增强织物，生产离子膜时将其 与磺酸膜、羧酸膜一起热压复合。由于机织网布厚度较大、表面不够平整及边缘增强不明 显的缺点，造成复合膜易脱层、鼓泡、增强效果不均匀，实现全氟离子膜的均质增强，消 除复合时的脱层、鼓泡现象成为本领域内的重要技术难题。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种电解用阳离子透过复合膜，它具有极薄的膜厚 和相应的低电阻，同时又具有高的机械强度。

本发明的技术方案如下：

本发明的一种电解用阳离子透过复合膜是由全氟离子交换膜、微孔膜增强材料和气体 释放涂层组成的、可以透过Li⁺、Na⁺、K⁺、Cs⁺、Rb⁺、H⁺离子的复合膜。

所述全氟离子交换膜是以全氟磺酸树脂和全氟羧酸树脂为原料制备而成的离子交换 复合膜；所述微孔膜增强材料是具有微孔结构的含氟聚合物薄膜；所述气体释放涂层是含 有二氧化锆粉末的全氟磺酸树脂分散液的涂覆层。

其中，所述的具有微孔结构的含氟聚合物薄膜是微孔聚四氟乙烯(PTFE)膜及其改性 膜，改性聚四氟乙烯膜优选：四氟乙烯-全氟烷基乙烯基醚共聚物膜(PFA)、四氟乙烯- 六氟丙烯共聚物膜(FEP)或四氟乙烯-六氟丙烯-全氟烷基乙烯基醚三元共聚物膜。

所述的具有微孔结构的含氟聚合物薄膜的厚度为5～35μm，优选厚度10～30μm，孔隙 率为60～97％，孔径0.05-5μm，优选孔径0.2～3μm。

所述全氟磺酸树脂具有以下通式I：

其中，x、y≥1的整数，n＝p＝1；(x+y)/(x+y+n+p)＝0.5-0.99；(n+p)/(x+y+n+p)＝0.01-0.5； IEC(离子交换容量)＝0.05～1.10mmol/g。

所述全氟羧酸树脂具有以下通式II：

其中，R＝H、CH₃、CH₂CH₃，a＝1～20的整数，b＝0，1或2，c＝1，d＝2～5的整数； (a+b)/(a+b+c+d)＝0.5-0.99；(c+d)/(a+b+c+d)＝0.01-0.5，IEC＝0.35～3.42mmol/g。

所述的气体释放涂层，是含有全氟磺酸树脂溶液和分散在其中的二氧化锆粉末组成的 的一种亲水性涂覆层，其中，按固形物含量100％计，二氧化锆10-90wt％，全氟磺酸树脂90 -10wt％。优选的，二氧化锆与全氟磺酸树脂的质量比为20∶80～80∶20。其中，固形物 在膜表面的沉积量为0.1mg/cm²～2.0mg/cm²，优选范围是0.3mg/cm²～1.0mg/cm²。在膜的 两面涂覆气体释放涂层可使电解产生的氯气、氢气迅速释放出去。

上述全氟磺酸树脂溶液是将全氟磺酸树脂溶于以下溶剂中制得：二甲基甲酰胺、二甲 基乙酰胺、甲基甲酰胺、二甲基亚砜、N-甲基吡咯烷酮、丙酮、水、乙醇、甲醇、丙醇、 异丙醇、乙二醇或丙三醇中的一种或几种。

本发明提供的制备电解用阳离子透过复合膜的方法，包括以下步骤：

(1)单层膜制备：分别用全氟磺酸树脂或全氟羧酸树脂通过熔融挤出工艺制备全氟磺 酸膜或全氟羧酸膜；

(2)复合膜的制备：将步骤(1)制备的全氟磺酸膜和全氟羧酸膜进行热压复合，或 采用全氟磺酸树脂与全氟羧酸树脂通过熔融共挤工艺制备全氟磺酸/羧酸复合膜；