CN103263855A - 一种静电纺丝制备离子交换膜的方法 - Google Patents

一种静电纺丝制备离子交换膜的方法 Download PDF

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刘勇
韩晋民
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Abstract

本发明公开了一种静电纺丝制备离子交换膜的方法，利用静电纺丝法将离子膜原料纺成超细纤维，通过纤维的均匀分布、热压或热轧或喷洒溶剂溶解再挥发成型，制作出性能均匀一致的离子膜，可以大幅度简化原来复杂的成型工艺，提高离子膜的均匀一致性，同时降低生产成本。

Description

一种静电纺丝制备离子交换膜的方法
技术领域
本发明属于静电纺丝和离子交换膜技术领域，具体涉及一种静电纺丝制备离子交换膜的方法。
背景技术
离子交换膜，简称离子膜，对阴阳离子具有选择透过性，容许带一种电荷的离子通过而限制相反电荷的离子通过，以达到浓缩、脱盐、净化、提纯以及电化合成等目的。离子膜电解制碱技术是20世纪70年代出现的具有划时代意义的电解制碱技术，已被世界公认为技术最先进和经济上最合理的氢氧化钠生产方法，是当今电解制碱技术的发展方向。由于离子膜法制碱具有能耗低、无污染、产品质量高等优点，该法已成为我国新建氯碱厂和老氯碱厂改造的技术主流。目前国内各氯碱厂所用离子膜基本都是从国外进口。国内尚存的四百余万吨高污染、高能耗、低品质隔膜法烧碱装置的淘汰、改造需要使用离子膜。一般离子膜的使用寿命为2年左右，现有的国内使用的离子膜的更新也产生很大的需求量，因此市场前景非常看好。但是，由于制膜技术非常复杂，膜材料合成路线很长，虽然我国陆陆续续有很多单位投入力量进行仿制、攻关，但所得离子膜不是有鱼眼就是性能不稳定，始终未有成熟的产品得以推广。目前只有一家国内公司报道实现了离子膜的国产化，但市场占有率很低。因此研究一种新型离子膜制备方法，来获得均匀一致且高性能的离子膜对我国将有重大意义。
静电纺丝被认为是最简单有效的直接制备纳米纤维的方法，目前已有三十多种聚合物通过此方法成功制得超细纤维，直径最小可以达到几十纳米。利用静电纺丝超细纤维制备出均匀一致的离子膜将改变原来复杂的工艺路线，离子膜的性能会得到提高，成本会大大下降。
发明内容
本发明的目的是利用静电纺丝法将离子膜原料纺成超细纤维，通过纤维的均匀分布、热压或热轧或喷洒溶剂溶解再挥发成型，制作出性能均匀一致的离子膜，可以大幅度简化原来复杂的成型工艺，提高离子膜的均匀一致性，同时降低生产成本。
为实现上述发明目的，本发明的技术方案是：将第一种离子膜树脂进行静电纺丝，所得超细纤维均匀分布在一定幅宽的增强布上，纤维层达到一定厚度后进行热轧或热压或喷洒溶剂，使纤维层与增强布形成牢固结合的单面复合膜，然后再将第二种离子膜树脂进行静电纺丝，所得超细纤维均匀分布在复合膜的增强布层上，纤维层达到一定厚度后进行热轧或热压或喷洒溶剂，使纤维层与单面复合膜形成牢固结合的双面复合膜，经后处理即可使用。
所述离子膜树脂为热塑性树脂如全氟磺酸树脂、全氟羧酸树脂、苯乙烯磺酸树脂、丙烯酸树脂；
所述增强布为锦纶、丙纶、氯纶、玻璃纤维、聚四氟乙烯、聚偏氟氯乙烯、聚全氟乙丙烯、陶瓷、氟碳聚合物无纺布或网格布；
所述静电纺丝为熔体静电纺丝或溶液静电纺丝或熔喷静电纺丝或离心静电纺丝；
所述溶剂为常温下易挥发或加热易挥发的溶剂；
所述超细纤维的直径范围为20-20000纳米；
所述单面复合膜或双面复合膜均可进行交联处理；
所述第一种离子膜树脂与第二种离子膜树脂可以是同种树脂，也可以是不同树脂；
所述后处理既包括对膜的物理处理如整形、裁边、打磨、包装也包括对膜的化学处理如交联、水解转型、涂覆改性。
本发明以静电纺丝超细纤维为成膜物，以无纺布或网格布为增强层，通过加热或溶解再挥发使纤维成膜，所得离子膜具有成型工艺简单、膜机械强度高、膜面均匀一致、厚度可控、离子交换效率高等特点。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面以实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例：
实施例1：
将全氟磺酸树脂放入容器中，加热到220℃，施加78KV高压静电，在容器的尖端直径为0.1毫米的小孔中喷出超细纤维，纤维落到左右移动的接收装置上，接收装置上有增强网格布，超细纤维与增强网格布一同被输送到两个表面温度为170℃且在旋转的辊筒上，经热轧后形成单面复合膜，将单面复合膜有增强网格布的一面朝上，再次收集静电纺丝超细纤维，二次热轧后形成双面复合膜，然后经过水解转型即可使用。
实施例2：
将全氟羧酸树脂放入容器中，加热到235℃，施加72KV高压静电，在容器的尖端直径为0.1毫米的小孔中喷出超细纤维，纤维落到左右移动的接收装置上，接收装置上有聚四氟乙烯增强网格布，超细纤维与增强网格布一同被输送到两个表面温度为160℃的平板上，经热压后形成单面复合膜，将单面复合膜有增强网格布的一面朝上，再次经过静电纺丝装置，收集全氟磺酸树脂静电纺丝超细纤维，二次热压后形成一面是全氟磺酸树脂一面是全氟羧酸树脂的双面复合膜，然后经过水解转型即可使用。
实施例3：
将全氟磺酸树脂放入容器中，倒入比例为1∶1的异丙醇水溶液，升温到250℃，搅拌6小时，得到全氟磺酸树脂溶液。将该溶液进行室温溶液静电纺丝，所得超细纤维与增强布一同缓慢经过110℃干燥室，再经过热轧后形成单面复合膜，将单面复合膜有增强网格布的一面朝上，再次经过熔体静电纺丝装置，收集全氟羧酸树脂超细纤维，二次热轧后形成一面是全氟磺酸树脂一面是全氟羧酸树脂的双面复合膜，然后经过水解转型即可使用。

Claims (6)

1.一种静电纺丝制备离子交换膜的方法，其特征在于，将第一种离子膜树脂进行静电纺丝，所得超细纤维均匀分布在一定幅宽的增强布上，纤维层达到一定厚度后进行热轧或热压或喷洒溶剂再挥发，使纤维层与增强布形成牢固结合的单面复合膜，然后再将第二种离子膜树脂进行静电纺丝，所得超细纤维均匀分布在单面复合膜的增强布层上，纤维层达到一定厚度后进行热轧或热压或喷洒溶剂，使纤维层与单面复合膜形成牢固结合的双面复合膜，经后处理即可使用。
2.根据权利要求1所述的一种静电纺丝制备离子交换膜的方法，其特征在于，离子膜树脂为热塑性树脂如全氟磺酸树脂、全氟羧酸树脂、苯乙烯磺酸树脂、丙烯酸树脂。
3.根据权利要求1所述的一种静电纺丝制备离子交换膜的方法，其特征在于，增强布为锦纶、丙纶、氯纶、玻璃纤维、聚四氟乙烯、聚偏氟氯乙烯、聚全氟乙丙烯、陶瓷、氟碳聚合物无纺布或网格布。
4.根据权利要求1所述的一种静电纺丝制备离子交换膜的方法，其特征在于，静电纺丝为熔体静电纺丝或溶液静电纺丝或熔喷静电纺丝或离心静电纺丝。
5.根据权利要求1所述的一种静电纺丝制备离子交换膜的方法，其特征在于，第一种离子膜树脂与第二种离子膜树脂可以是同种树脂，也可以是不同树脂。
6.根据权利要求1所述的一种静电纺丝制备离子交换膜的方法，其特征在于，后处理既包括对膜的物理处理如整形、裁边、打磨、包装也包括对膜的化学处理如交联、水解转型、涂覆改性。
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