[发明专利]一种单片型双极性膜的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及化学工程领域中膜分离材料中的双极性膜的制造方法。

背景技术

双极性膜在直流电场的作用下，其阴、阳层之间的中间水层的水分裂产生氢离子和氢氧根离子，分别通过阳层和阴层，提供氢离子和氢氧根离子。所以，用双极性膜组装成的电渗析装置可以用来由盐生产酸和碱。

单片型双极性膜的制造方法已为人所知，美国专利US 4,024,043公开了用聚乙烯薄膜为基底的双极性膜的制造方法。该法是采用高密度聚乙烯薄膜，超高分子量聚乙烯薄膜为基底膜，浸入苯乙烯，二乙烯苯(交联剂)和过氧化苯甲酰(引发剂)组成的溶液中，在70-90℃高温下浸泡10分钟到1小时，取出，两面夹铝箔，然后夹在两块平板玻璃之间，加压，加热聚合得基膜。基膜内的聚苯乙烯含量在15％-45％(重量百分)范围。接着将基膜的一侧面用氯磺酸或硫酸进行磺化，另一侧面用氯甲醚和无水四氯化锡(催化剂)进行氯甲基化反应，再用25％的三甲胺丙酮溶液进行季铵化反应，这样制得双极性膜。在磺化反应以前，该法还需将基膜用二氯乙烷进行溶胀处理。该法的缺点如下。(1)采用高密度聚乙烯薄膜和超高分子量薄膜作为基底膜。由于聚乙烯薄膜的结晶度高，结构紧密，无定形区范围少，苯乙烯和二乙烯苯不易浸入薄膜内部，需在高温(70-90℃)下，将膜的结晶区部分破坏，才能使苯乙烯和二乙烯苯进入，但进入量不多，因此制得的基膜含苯乙烯和二乙烯苯的量(称为含浸率)不高，至多45％，这样制得的双极性膜，其阴、阳离子交换量不高，电阻较大。(2)该法在70-90℃下进行浸膜，引发剂过氧化苯甲酰在80℃下就要分解，引发苯乙烯和二乙烯苯的共聚反应，所以浸膜过程中容易引起聚合反应，或使溶液变粘，溶液只能使用一次即报废。(3)磺化反应前，用二氯乙烷浸膜使膜预溶胀。二氯乙烷有毒，对大规模生产不利。(4)由于使用三甲胺丙酮溶液进行季铵化，没有使水加速分解的叔胺催化层。(5)该法用25％三甲胺丙酮溶液进行季铵化反应，胺化剂价格高，丙酮为易燃品，隐含危险。由于以上缺点，该发明至今未见在工业上实施。

发明内容

本发明的目的是提供一种单片型双极性膜的制造方法，本方法可克服美国专利US 4,024,043的缺点，方便，性能好。

为达到上述发明目的，本发明采用以下技术方案：

这种单片型双极性膜的制造方法，它包括以下步骤：

(1)、以聚乙烯和乙烯与辛烯共聚物弹性体二元共混的合金薄膜，或聚乙烯和乙烯与辛烯的共聚物弹性体以及聚异丁烯橡胶三元共混的合金薄膜作为基底膜；

(2)、将基底膜浸入含苯乙烯、二乙烯苯以及过氧化苯甲酰的溶液中，浸过液的膜再加压，并在加热下聚合得到基膜；

(3)、将基膜的一侧面在浓硫酸中加热磺化；

(4)、将一侧面己磺化的膜在含无水四氯化锡的氯甲醚中进行氯甲基化反应，得另一侧面为氯甲基的膜，再将此膜浸在三甲胺或含二甲胺的三甲胺水溶液中进行胺化或季铵化反应，得单片型双极性膜。

所述的基底膜为聚乙烯和乙烯与辛烯的共聚物弹性体二元共混的合金薄膜中，弹性体的重量百分含量为20％-55％，其余为聚乙烯，所述的乙烯与辛烯的共聚物弹性体中辛烯的重量百分含量为20％-45％。

所述的由聚乙烯和乙烯与辛烯的共聚物弹性体以及聚异丁烯橡胶三元共混的合金薄膜中，聚异丁烯橡胶重量百分含量为1％-5％，弹性体的重量百分含量为20％-55％，其余为聚乙烯；乙烯与辛烯的共聚物弹性体中辛烯的重量百分含量为20％-45％。

基底膜浸入苯乙烯，二乙烯苯和过氧化苯甲酰的溶液中，浸泡温度为20-40℃，时间0.5-4小时。所得基膜的含浸率在40％-80％范围。

所述的苯乙烯，二乙烯苯和过氧化苯甲酰的溶液中，二乙烯苯的用量为苯乙烯的重量的0.5-15％，过氧化苯甲酰用量为苯乙烯的重量的0.1-1％。

基膜的一侧面的磺化温度为60-80℃，时间5-10小时，形成阳面膜(亦称阳层)其阳离子交换容量为0.6-2.0毫克当量/克干膜。

一侧面己磺化的膜的氯甲基化温度为35-50℃，时间8-20小时，氯甲基化剂氯甲醚中无水四氯化锡的重量百分含量为2％-5％。

氯甲基化的膜胺化的胺化剂采用浓度为25％-30％的三甲胺水溶液，或25％-30％内含重量百分含量为6％-20％二甲胺的三甲胺水溶液，胺化温度为30-35℃。

所得双极性膜，其阴膜面(亦称阴层)的离子交换容量为0.4-2.0毫克当量/克干膜。