[发明专利]生产离子交换膜的方法及其离子交换膜

说明书

本发明涉及离子交换膜领域。离子交换膜为固定在基质上的含有带阳和/或阴离子电荷的官能团。这类膜的合成、性能及其用途已在R.E.Kesting的Synthetic        Polymeric        Membranes（Mc        Graw-Hill        Book        Company，New        York（1971）和更近的由T.Sata在Pure        &        Appl.Chem，58        1613（1986）中综述过。这些材料的离子本性使它们亲水性的，并发现它们用在各种分离工艺中，其中水的分离是一个主要部分，包括电渗析诸如电渗析浓缩和分离过程，电渗析水分流，水的电解或水的电解分流，用于产生电的燃料电池，以及压力或化学势驱动的膜过程诸如：超滤、反渗透、加压渗析、扩散渗析和全蒸发过程。作为例子，美国专利4，012，324揭示了离子交换膜用于超滤的用途，并指出这些膜由于抗堵塞的优点。对加压渗析需要电荷镶嵌型的离子交换膜，一种压力驱动系统可从非荷电材料分离盐类。离子交换膜已用于气体和液体类的干燥。

用于各种膜过程的设备的构造也是非常广泛的。电渗析过程几乎大多数在平面电极之间排列的膜的平板中进行。压力驱动的膜过程更趋于在螺旋卷绕或中空纤维装置更紧凑的构件中进行。

每一种离子交换膜的应用有某些特殊要求，而这种或另一种更重要的性能，取决于使用和安装膜的设备的形式，某些性能通常是必需的。对正常工艺液流而且对可能的清洗剂的化学稳定性是基本的。机械强度和耐压缩是需要的。膜的形成和性能控制的容易也是非常必要的。

离子交换膜藉接枝共聚反应制备。该类型膜的合成的早期的例子包括热法，通常在交联剂的存在下以保证粘着接枝在骨架上。更近一些，由RAI        Reseach        Corporation，Hauppauge，NY和Morgane（Courbevoie        Haut        de        Sein，法国）更广泛地研究了用离子单体或它们的前体的薄膜辐照接枝，并已用于商业生产离子交换膜。通过这些接枝方法制备的膜达到高度的选择性和其它所需的迁移性能，而这些性能难于控制，因为用于接枝反应的非均相的性质以及膜的最终性能取决于起始薄膜的组织结构（表面几何形状），而它也是难以控制的。另外，对压力驱动的工艺非常需的非对称构造的制备，因为产生的接枝共聚物的不溶解性也是困难的。

各种单体和亲电子试剂通过锂化再藉离子化接枝被接枝在聚合物的骨架上。例如聚（2，6-二甲基-1，4-亚苯基醚）（PPE）和异戊二烯，甲基丙烯酸甲酯，六甲基环三硅烷或苯基异氰酸酯通过锂化并接着离子接枝聚合的接枝共聚物的形成已揭示在Chalk和Hoogeboom的Anionic        Graft        Polymerization        of        Lithiated        Poly（2，6-dimetyl-1，4-phenylene        Ether），（J，Poly，Sci.：Part        A-1，Vol.7，2537-2545，1969）。

各种非一单体的亲电子试对聚砜经过锂化的加成已揭示在Novel        Polysulfones        of        Membrane        Applications，M.D.Guiver，Okutowy，W.A.McCrudy，J.W.Simpson，Process        of        the        Int，Membrane        Conf.        on        the        25th        Anniu.        of        Memb.        Res.        in        Canada        Ohawa，1986，9，187-202（NRC出版号26413）中。美国专利4，797，457和4，833，219揭示了取代的聚砜和用金属化剂使聚砜金属化的方法和制备一种芳族聚砜;以及用一种亲电子试剂激泠该金属化的产物以一种脂肪或芳香取代基取代金属取代基，以杂原子或含杂原子基团，其它金属或含金属的基团取代金属取代基。