[发明专利]具有疏气泡功能的全氟羧酸离子交换膜及其制备方法

说明书

本发明属于离子交换膜技术领域，具体涉及一种具有疏气泡功能的全氟羧酸离子交换膜及其制备方法。所述的具有疏气泡功能的全氟羧酸离子交换膜，由全氟羧酸聚合物层和功能表面涂层组成，其中功能表面涂层位于全氟羧酸聚合物层的上下表面；全氟羧酸聚合物层的厚度为50‑250μm，功能表面涂层的厚度为10nm‑30μm；功能表面涂层是由全氟离子聚合物构成的多孔粗糙结构。本发明的具有疏气泡功能的全氟羧酸离子交换膜，具有较小的离子通道，在电解氯化钠过程中能有效的阻止阴极的氢氧根反向迁移，提高电解电流效率，在新型高电流密度条件下的零极距电解槽中，能有效降低槽电压，减少电解能耗；本发明还提供其制备方法。

技术领域

本发明属于离子交换膜技术领域，具体涉及一种具有疏气泡功能的全氟羧酸离子交换膜及其制备方法。

背景技术

离子交换膜是一种含离子基团的、对溶液里的离子具有选择透过能力的高分子膜。因为一般在应用时主要是利用它的离子选择透过性，所以也称为离子选择透过性膜。

全氟离子交换膜在食盐电解工业上的应用，引起了氯碱工业的革命性变化。此外其在氯化钾电解制造碳酸钾、氯化钠电解制造碳酸钠、氯化钠电解制备亚硫酸钠、硫酸钠电解制烧碱和硫酸等领域均具有广泛应用。通过降低阳极与阴极之间的槽间距可有效降低槽电压。但当电极间的距离减少到一定距离时，由于膜紧贴在电极上，电解过程中产生的气泡极易粘附在膜表面难以释放。大量气泡聚集在膜表面阻碍了电流通道，使膜的有效电解面积减小，局部极化作用明显增加，反而使槽压升高。

CN102978654B中公开了一种氯碱工业用低电阻高强度离子交换膜及其制备方法。该膜是由全氟磺酸离子交换树脂层、全氟羧酸离子交换树脂层、增强网布和气体释放涂层组成的多层复合膜；其中，厚度80-150微米的全氟磺酸树脂层和厚度8-12微米的全氟羧酸树脂层构成全氟离子交换树脂基膜，基膜的两外侧表面均有3-12微米厚度的气体释放涂层；增强纤维网布置于全氟磺酸树脂层内，全氟磺酸树脂层内还有纳米孔道和纳米空穴。该膜可以通过熔融共挤出或多层热压复合的工艺制备。该膜可以用于氯碱工业的离子交换膜，具有较好的机械性能和电化学性能。

CN103014757B中公开了一种氯碱工业用含空穴的纤维增强离子交换膜及其制备方法。该膜是由全氟磺酸离子交换树脂层、全氟羧酸离子交换树脂层、增强网布和气体释放涂层组成的多层复合膜；其中全氟磺酸树脂层含有增强纤维和纳米空穴。该膜通过熔融共挤出或多层热压复合的工艺制备。该膜可用于氯碱工业的离子交换膜，具有较好的机械性能和电化学性能。

以上专利均在基膜的两外侧表面涂覆气体释放涂层，用以释放电解过程中产生的气泡，其气体释放涂层是由全氟磺酸树脂和无机氧化物组成，无机氧化物优选氧化锆，该气体释放涂层的气孔较少，粗糙度较低，对气泡的释放能力有限，从其测试性能可以看到，槽电压仍在3V以上，电流效率也较低。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种具有疏气泡功能的全氟羧酸离子交换膜，具有较小的离子通道，在电解氯化钠过程中能有效的阻止阴极的氢氧根反向迁移，提高电解电流效率，在新型高电流密度条件下的零极距电解槽中，能有效降低槽电压，减少电解能耗，降低生产成本；本发明还提供其制备方法。

本发明所述的具有疏气泡功能的全氟羧酸离子交换膜，由全氟羧酸聚合物层和功能表面涂层组成，其中功能表面涂层位于全氟羧酸聚合物层的上下表面；

所述全氟羧酸聚合物层的厚度为50-250μm，功能表面涂层的厚度为10nm-30μm；

所述功能表面涂层是由全氟离子聚合物构成的多孔粗糙结构。

优选地，全氟羧酸聚合物层的厚度为70-200μm，功能表面涂层的厚度为1-10μm。

全氟羧酸聚合物层的全氟羧酸树脂交换容量(IEC)为0.6-1.5mmol/g，优选为0.8-1.2mmol/g。