[发明专利]两性离子交换膜的制备方法

权利要求书

1.一种两性离子交换膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)对聚合物粉体进行辐照接枝，有两种方法：

a)将聚合物粉体、反应单体、溶剂加入到辐照管中，通氮气后密封，然后用⁶⁰Coγ-射线或电子束在室温下进行共辐照接枝反应，吸收剂量为5-100kGy；

b)采用预辐照接枝的方法，具体步骤是先将聚合物粉体置于有氧或无氧的环境中，用⁶⁰Coγ-射线或电子束辐照一定剂量，并在低温下保存，然后将辐照后的粉体与单体溶液混合，在特定温度下搅拌反应1-6h；

反应完毕后，取出辐照接枝后的粉体，用甲苯洗净均聚物和未反应完的单体；

其中，聚合物粉体为聚偏氟乙烯；单体I为苯乙烯、α甲基苯乙烯和三氟苯乙烯中的一种或一种以上；单体II为甲基丙烯酸二甲胺乙酯；反应溶剂为丙酮，异丙醇和二氯甲烷中的一种或者一种以上；

2)将上述辐照接枝后聚合物粉体转化成膜材料，有两种方法：

a)溶液相转化法，将接枝后的聚合物粉体在有机溶剂中加热搅拌溶解，得到一定浓度的聚合物铸膜液，随后注入到平整洁净的玻璃板上，用刮刀控制液膜的厚度在20-100微米，置于烘箱中50-100℃烘干成膜，最后用去离子水洗净；

b)热压法，将接枝后的聚合物粉体直接置于热压机中，在185-190℃和8-10MPa下，热压20-30min得到高分子膜材料；

3)将上述膜材料进行磺化、水解，引入具有阳离子交换功能的磺酸根基团，然后，将该膜材料放入盐酸水溶液中进行质子化反应，引入具有阴离子交换功能的叔氨基，得到两性离子交换膜。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤1)结束之后，把纯化的接枝聚合物粉体与无机物共混，然后执行步骤2)。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述无机物为二氧化硅、二氧化钛、二氧化锆、磷钨酸和磷钼酸中的一种或一种以上。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤3)之后，进一步，将制得的两性离子交换膜浸入聚电解质溶液中自组装制备成双层或多层离子交换膜。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述聚电解质溶液为Nafion溶液、聚苯乙烯磺酸钠溶液、季胺化聚苯乙烯溶液和季胺化聚芳醚酮溶液中的一种或一种以上。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述聚偏氟乙烯的分子量从100000-630000。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤1)中单体I和单体II在溶液中的摩尔浓度为0.1mol/L-2mol/L，二者的摩尔质量配比为1∶1-1∶5。

8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤2)的步骤a)中，聚合物铸膜液的浓度为0.1g/mL-0.3g/mL；有机溶剂为N-甲基吡咯烷酮、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺和二甲基亚砜中的一种或者一种以上。

9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤3)中的磺化、水解过程为：把膜材料浸入摩尔浓度为0.02-0.1mol/L的氯磺酸二氯甲烷溶液中磺化12h，随后将其放入蒸馏水中水解12h。

10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤3)中的盐酸水溶液浓度为1mol/L。