CN111841335A - 一种离子交换膜的连续制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种离子交换膜的连续制造方法，制备材料包括上、下塑料膜层和支撑层；支撑层整体呈孔隙结构、具有贯穿自身膜层的通孔，上、下塑料膜层与所夹持的支撑层构成两侧边密封的三层结构双边封袋；通过含有离子交换基团的可反应性溶液灌注到双边封袋中，适当控制负压，排出可反应性溶液对支撑层浸渍过程中产生的气泡；双边封袋连续牵引前进，由含有离子交换基团的可反应性溶液进行从单体或线性聚合物到交联体型聚合物转变，可反应性溶液固化为离子交换树脂而包裹所浸渍的支撑层，使其形成离子交换膜层；剥离上、下塑料膜层，裁切，完成离子交换膜制造。具有工艺简单、生产效率高、制造成本低、产品性能稳定的优点。

Description

一种离子交换膜的连续制造方法
技术领域
本发明涉及一种离子交换膜的连续制造方法。
背景技术
离子交换膜可以用于提纯分离、回收利用、废水处理等，在食品工业、制药工业海水淡化等应用领域前景广泛。当前，国家对环保愈加重视，高盐废水零排放、煤化工废水零排放、烟气零排放等是社会和国家所期待的，也是当前化工、环保事业的重要任务。
离子交换膜可分为异相膜和均相膜，异相膜电阻大、能耗高、质量差、寿命短；均相膜电阻小、能耗低、寿命长，是离子交换膜研究开发的方向，均相膜因其优良的性能，一直被市场认可。
均相膜有聚乙烯均相（阴阳）离子交换膜、聚苯醚均相阳离子交换膜、聚砜型均相阴离子交换膜、辐照接肢的氟材料阴阳离子交换膜，制造方法基本上都是采用先制备基膜，然后进行后基团功能化，制造工艺流程长，制备过程需要大量酸和高毒性试剂，这极大的限制了自动化连续生产，制造效率低，制造设备投资大。
发明内容
本发明的目的是针对上述存在问题，提供一种工艺简单、生产效率高、制造成本低、产品性能稳定的离子交换膜的连续制造方法。
本发明的目的是这样实现的，一种离子交换膜的连续制造方法，包括：
1）、制备材料包括上、下塑料膜层和介于上、下塑料膜层之间的支撑层；所述支撑层具有贯穿自身膜层的通孔，构成支撑层整体呈孔隙结构；所述上、下塑料膜层在两侧边处连续密封，与所夹持的支撑层构成两侧边密封的三层结构双边封袋；双边封袋的两侧边密封建立密封反应所需的场合并平整握持支撑层；
2）、含有离子交换基团的可反应性溶液灌注到所述双边封袋中，在灌注之前以常规技术排出双边封袋中气体，在灌注过程中适当控制双边封袋为负压，以藉此排出可反应性溶液对支撑层浸渍过程中产生的气泡；
3）、灌注过程后的双边封袋连续牵引前进，双边封袋中的含有离子交换基团的可反应性溶液进行从单体或线性聚合物到交联体型聚合物转变，可反应性溶液固化为离子交换树脂而包裹支撑层，使其形成离子交换膜层；
4）、剥离上、下塑料膜层，裁切，完成离子交换膜制造。
本发明，双边封袋的负压优选控制在0.03-0.1KPa之间。
本发明，对浸渍支撑层的可反应性溶液固化采用热固化、光固化或辐射固化。
本发明，优选地，所述含有离子交换基团的可反应性溶液为，按质量配比，偶氮二异丁腈：甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵：二甲基丙烯酸乙二醇酯：二丙二醇=1：65：20：15；双边封袋的支撑层为pp无纺布、孔隙率为75-80%，双边封袋以10m/min的线速度在加热平台上被牵引，依次经过60℃、50m→70℃、80m→90℃、80m→105℃、80m的加热区域热固化。
本发明，优选地，所述含有离子交换基团的可反应性溶液为，按质量配比，偶氮二异丁腈：甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵：二甲基丙烯酸乙二醇酯：二丙二醇=1：65：20：15；双边封袋的支撑层为pp无纺布、孔隙率为75-80%，双边封袋以20m/min的线速度在加热平台上被牵引，依次经过80℃、100m→90℃、160m→105℃、160m→110℃、80m的加热区域热固化。
本发明，优选地，所述含有离子交换基团的可反应性溶液为，按质量配比，偶氮二异丁腈：2-丙烯酰氨基-2-甲基-1-丙烷磺酸：二甲基丙烯酸乙二醇酯：N-甲基吡咯烷酮=1：65：20：45；双边封袋的支撑层为pp无纺布、孔隙率为75-80%，双边封袋以10m/min的线速度在加热平台上被牵引，依次经过75℃、50m→80℃、80m→95℃、80m→110℃、80m的加热区域热固化。
本发明，两侧边密封的三层结构双边封袋对支撑层形成有效的握持作用，保证支撑层在在运行中的平整及成膜的平整，其次，形成密闭的空间，可以保证含有离子交换基团的可反应性溶液在运行中不出现漏液停机，整个灌注过程和固化过程都在双边封袋中完成，极大地减少含有离子交换基团可反应性溶液中的溶剂无组织挥发。
具体实施方式
本发明，所述支撑层包含但不限于无纺布、织布、电池隔膜、超滤膜等具有贯穿空隙结构的材料，支撑层的主要作用是对离子交换膜进行补强，避免膜片在装配和使用过程中出现膜片破裂，同时支撑层要具有大量的空隙保证有良好的含有离子交换基团溶液吸附量，同时这些空隙应当是具有贯穿孔结构连通。
本发明，对浸渍支撑层的可反应性溶液固化可采用热固化、光固化、辐射固化等可以引起含有离子交换基团的溶液发生交联固化的能量引发。由于含有离子交换基团的溶液发生固化交联转变，需要进行适当的引发过程或程序固化过程，所述程序固化过程需要根据含有离子交换基团的可反应性溶液和生产线速度进行选择。
实施例1：一种支撑层为pp无纺布的离子交换膜的连续制造方法
在两片800mm幅宽厚度0.075mm的成卷PET薄膜之间间平整铺开幅宽为650mm的pp无纺布，pp无纺布为30-33g/m2、孔隙率75-80%，两片PET薄膜的两侧边被连续封接，并握持pp无纺布无相对滑动的以10m/min的线速度，不断形成中间夹持包含有平整pp无纺布的双封边袋；
与此同时，含有离子交换基团的可反应性溶液灌注到所述双边封袋中，在灌注之前以常规技术排出双边封袋中气体，在灌注过程中适当控制双边封袋为负压在0.03-0.1KPa之间，以藉此排出可反应性溶液对支撑层浸渍过程中产生的气泡；所述含有离子交换基团的可反应性溶液为，按质量配比，偶氮二异丁腈：甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵：二甲基丙烯酸乙二醇酯：二丙二醇=1：65：20：15；
双边封袋以10m/min的线速度在加热平台上被牵引，依次经过60℃、50m→70℃、80m→90℃、80m→105℃、80m的加热区域；
双边封袋中的含有离子交换基团的可反应性溶液进行从单体或线性聚合物到交联体型聚合物转变，可反应性溶液固化为离子交换树脂而包裹所浸渍的pp无纺布，使其形成离子交换膜层；
剥离上、下PET薄膜，裁切，完成离子交换膜制造。
实施例2：一种支撑层为聚酯无纺布的离子交换膜的连续制造方法
替换pp无纺布为聚酯无纺布，聚酯无纺布为20-26g/m2、孔隙率80-85%，其余与实施例1相同。
实施例3：一种支撑层为尼龙平织布的离子交换膜的连续制造方法
替换pp无纺布为尼龙平织布，尼龙平织布为40-45g//m2、孔隙率70-85%，其余与实施例1相同。
实施例4：一种支撑层为电池隔膜的离子交换膜的连续制造方法
替换pp无纺布为美国celgard 2400单层聚丙烯电池隔膜，隔膜厚度为25μm，中等孔隙率，其余与实施例1相同。
实施例5：一种支撑层为pp无纺布的离子交换膜的连续制造方法
将实施例1双边封袋的运行速度由10m/min提高到20m/min的线速度在加热平台上被牵引，依次经过80℃、100m→90℃、160m→105℃、160m→110℃、80m的加热区域热固化，其余与实施例1相同。
实施例6：一种支撑层为pp无纺布的离子交换膜的连续制造方法
在两片800mm幅宽厚度0.075mm的成卷PET薄膜之间间平整铺开幅宽为650mm的pp无纺布，pp无纺布为30-35g/m2、孔隙率75-80%，两片PET薄膜的两侧边被连续封接，并握持pp无纺布无相对滑动的以10m/min的线速度，不断形成中间夹持包含有平整pp无纺布的双封边袋；
与此同时，含有离子交换基团的可反应性溶液灌注到所述双边封袋中，在灌注之前以常规技术排出双边封袋中气体，在灌注过程中适当控制双边封袋为负压在0.03-0.1KPa之间，以藉此排出可反应性溶液对支撑层浸渍过程中产生的气泡；所述含有离子交换基团的可反应性溶液为，按质量配比，偶氮二异丁腈：2-丙烯酰氨基-2-甲基-1-丙烷磺酸：二甲基丙烯酸乙二醇酯：N-甲基吡咯烷酮=1：65：20：45；
双边封袋以10m/min的线速度在加热平台上被牵引，依次经过75℃、50m→80℃、80m→95℃、80m→110℃、80m的加热区域；
双边封袋中的含有离子交换基团的可反应性溶液进行从单体或线性聚合物到交联体型聚合物转变，可反应性溶液固化为离子交换树脂而包裹所浸渍的pp无纺布，使其形成离子交换膜层；
剥离上、下PET薄膜，裁切，完成离子交换膜制造。
按照中华人民共和国海洋行业标准HY/T1166.1-2013测定上述各个实施例中离子交换膜的迁移数及电阻值，测试结果如下：
离子交换膜 电阻（Ω·cm<sup>2</sup>） 迁移数
实施例1 3.10 0.96
实施例2 2.00 0.95
实施例3 7.00 0.95
实施例4 1.80 0.94
实施例5 2.90 0.96
实施例6 3.50 0.95
Astom amx品牌 2.53 0.946
上述各个实施例分析：所有实施例都能制备出电阻值低、高迁移数的离子交换膜，实施例3的电阻值较高的主要原因是由于支撑层厚度较大，造成成膜电阻值较大，实施例4采用25μm的电池隔膜，极大的减小电阻值，具有良好的膜片性能，实施例5采用高速方法，也同样可以制备出性能良好的离子交换膜，实施例6为阳离子交换膜制备，同样可以完成制备，上述实施例表明本发明的制备方法，可以低成本、高效、规模化地制作性能优良的离子交换膜，而无需复杂的设备辅助，极大地提高了离子交换膜的市场竞争力。

Claims (6)

1.一种离子交换膜的连续制造方法，其特征在于：包括：
1）、制备材料包括上、下塑料膜层和介于上、下塑料膜层之间的支撑层；所述支撑层具有贯穿自身膜层的通孔，构成支撑层整体呈孔隙结构；所述上、下塑料膜层在两侧边处连续密封，与所夹持的支撑层构成两侧边密封的三层结构双边封袋；
2）、含有离子交换基团的可反应性溶液灌注到所述双边封袋中，在灌注之前以常规技术排出双边封袋中气体，在灌注过程中适当控制双边封袋为负压，以藉此排出可反应性溶液对支撑层浸渍过程中产生的气泡；
3）、灌注过程后的双边封袋连续牵引前进，双边封袋中的含有离子交换基团的可反应性溶液进行从单体或线性聚合物到交联体型聚合物转变，可反应性溶液固化为离子交换树脂而包裹支撑层，使其形成离子交换膜层；
4）、剥离上、下塑料膜层，裁切，完成离子交换膜制造。
2.根据权利要求1所述的离子交换膜的连续制造方法，其特征在于：双边封袋的负压控制在0.03-0.1KPa之间。
3.根据权利要求1所述的离子交换膜的连续制造方法，其特征在于：对浸渍支撑层的可反应性溶液固化采用热固化、光固化或辐射固化。
4.根据权利要求1所述的离子交换膜的连续制造方法，其特征在于：所述含有离子交换基团的可反应性溶液为，按质量配比，偶氮二异丁腈：甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵：二甲基丙烯酸乙二醇酯：二丙二醇=1：65：20：15；
双边封袋的支撑层为pp无纺布、孔隙率为75-80%，双边封袋以10m/min的线速度在加热平台上被牵引，依次经过60℃、50m→70℃、80m→90℃、80m→105℃、80m的加热区域热固化。
5.根据权利要求1所述的离子交换膜的连续制造方法，其特征在于：所述含有离子交换基团的可反应性溶液为，按质量配比，偶氮二异丁腈：甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵：二甲基丙烯酸乙二醇酯：二丙二醇=1：65：20：15；
双边封袋的支撑层为pp无纺布、孔隙率为75-80%，双边封袋以20m/min的线速度在加热平台上被牵引，依次经过80℃、100m→90℃、160m→105℃、160m→110℃、80m的加热区域热固化。
6.根据权利要求1所述的离子交换膜的连续制造方法，其特征在于：所述含有离子交换基团的可反应性溶液为，按质量配比，偶氮二异丁腈：2-丙烯酰氨基-2-甲基-1-丙烷磺酸：二甲基丙烯酸乙二醇酯：N-甲基吡咯烷酮=1：65：20：45；
双边封袋的支撑层为pp无纺布、孔隙率为75-80%，双边封袋以10m/min的线速度在加热平台上被牵引，依次经过75℃、50m→80℃、80m→95℃、80m→110℃、80m的加热区域热固化。
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