CN115151580A - 膜层叠体及其应用 - Google Patents
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Abstract
一种适合于水纯化的离子交换膜的层叠体，其包含多个阴离子交换膜(AEM)和多个阳离子交换膜(CEM)，其中AEM的颜色特性与CEM的颜色特性可见地不同。本发明还提供了制造膜层叠体的方法，其中降低了存在两个连续膜具有相同电荷的可能性。此外，容易识别出在层叠体中是否存在具有相同电荷的两个连续膜。
Description
本发明涉及膜层叠体及其制备和应用。
世界人口的增加、供水的减少和干旱导致对淡水的需求增加。被称为电渗析(“ED”)的方法已用于将微咸水转化成饮用水。该方法在具有大量微咸水供应的沿海地区特别有用。第一个市售ED单元在1950年代开发。从那时起，离子交换膜的改进导致ED的显著进步。
ED单元通常包括一个或多个膜层叠体。每个层叠体包括阳极、阴极和多个流体通过的电池对。电池对通常包括离子稀释隔室和离子浓缩隔室。每个电池包括由带负电荷的阳离子交换膜(阳离子交换膜或“CEM”)制成的壁和由带正电荷的阴离子交换膜(阴离子交换膜或“AEM”)制成的壁。当进料流体通过离子稀释隔室并跨电极施加DC电压时，溶解的阳离子通过CEM并朝向阴极，而溶解的阴离子通过AEM并朝向阳极，在每种情况下进入离子浓缩隔室。通常，阴极和阳极在去离子过程中用漂洗流体洗涤。以此方式，最初存在于进料流体中的阳离子和阴离子(例如Ca2+、Na+、SO4 2-和Cl-)渗透穿过膜壁，留下脱盐水流(具有比原始进料流体低的离子含量)并且产生含有离子水平升高的水流。ED单元可用于将微咸水的进料流体转化成具有低得多的溶解盐含量的饮用水。
鉴于在ED单元中使用的膜层叠体包括交替的AEM和CEM，重要的是确保AEM和CEM处于正确的顺序。然而，迄今为止，用于制造ED单元的AEM和CEM在视觉上是不可区分的。因此，在ED单元的制造期间发生连续包括两个相同电荷的膜的错误(例如，AEM接着AEM或CEM接着CEM，而不是CEM接着AEM)。此外，当观察ED层叠体时，很难确定AEM和CEM是否按照需要交替，或者是否连续地包括两个相同电荷的膜而得到有缺陷的ED单元。
鉴于以上所述，本发明的一个目的是提供一种制造膜层叠体的方法，其中降低了存在两个连续膜具有相同电荷的可能性。此外，本发明的一个目的是提供膜层叠体，其中更容易识别是否存在两个具有相同电荷的连续膜。
根据本发明的第一方面，提供了一种离子交换膜的层叠体，其包含多个阴离子交换膜(AEM)和多个阳离子交换膜(CEM)，其中所述AEM的颜色特性与所述CEM的颜色特性可见地不同。
在本文(包括其权利要求)中，动词“包括”及其变化形式以其非限制性意义使用，意指包括该词之后的项目，但是不排除未具体提及的项目。另外，不定冠词“一”或“一个”所指的要素不排除存在多于一个要素的可能性，除非上下文明确要求仅存在一个要素。因此，不定冠词“一”或“一个”通常表示“至少一个”。
层叠体优选包括至少10个CEM和至少10个AEM，更优选至少25个CEM和至少25个AEM。
膜层叠体中的AEM和CEM之间的颜色特性的可见差异使得所述膜可用人眼和自动传感器或类似的识别系统能够区分。对于人工操作，AEM和CEM之间颜色特性的可见差异优选在例如日光和/或人造光(例如由电气装置产生的光，例如在工业环境中使用的光)下观察AEM和CEM时可见。对于膜层叠体的自动化制造，AEM和CEM之间颜色特性的可见差异优选在日光和/或人造光下可见。人造光通常通过电气方式产生并且包括例如可见光(例如白光、红光、橙光、黄光、绿光、蓝光、靛蓝光和紫光)、紫外光和红外光。
在一个优选实施方式中，AEM和CEM之间颜色特性的可见差异优选在黄光、特别是人造黄光(例如波长高于490nm的光)下可见，因为这对于由对蓝光敏感(例如在蓝光下降解)的AEM和/或CEM以工业方式制造膜层叠体特别有用。
CEM和AEM的颜色特性及其可见差异可以用分光光度法进行量化，例如使用分光光度计例如Konica Minolta CM-3600d分光光度计，例如使用8mm MAV测量区域。
用于量化CEM和AEM的颜色特性及其可见差异的合适参数来自CIEDE2000。CIEDE2000是国际照明委员会规定的国际标准，使用例如CIE L*a*b*颜色空间或CIELCh颜色空间来表示颜色特性和差异，在CIELCh颜色空间中不是笛卡尔坐标a*、b*，而是指定圆柱体坐标C'(色度、相对饱和度)和h'(色调角度)。两种颜色空间的亮度L相同。
CIE L*a*b*的三个坐标表示颜色的亮度(L*＝0产生黑色，L*＝100指示漫反射白色；镜面白色(specular white)可能更大)、其在红色/品红色和绿色之间的位置(a*，负值指示绿色而正值指示品红色)和其在黄色和蓝色之间的位置(b*，负值指示蓝色而正值指示黄色)。
本发明的目的是提供包含AEM和CEM的层叠体，其中CEM的颜色特性可见地不同于AEM的颜色特性，优选通过在AEM和/或CEM中包含染料而实现。然而，过量的染料是不可取的，因为这将增加制造成本。
对于AEM和CEM之间颜色特性的容易可见的差异，AEM和/或CEM的颜色优选不太白。因此，优选地，AEM和/或CEM的亮度L'低于90，更优选地低于80，特别是低于70(例如低于60)。
另一方面，AEM和/或CEM的颜色不应太暗。因此，优选地，AEM和/或CEM的亮度L'高于5，更优选高于8，特别是高于10，更特别是至少15，例如至少20。
AEM和/或CEM的相对饱和度色度C’(其可被视为a*和b*的归一化平均值)优选为至少4，更优选至少5，特别是至少8。
AEM和/或CEM的色调h’(如根据CIEDE2000由h’表示)优选小于70°或至少100°，更优选小于60°或至少120°。之所以出现这种偏好，是因为70°至100°之间的色调值是淡黄色的，这种颜色在标准室内照明条件下不易看到，尤其是在黄光条件下。在具体实施方式中，色调优选小于100°或至少210°(因为绿色较不优选)。
颜色差异优选用ΔE00表示，ΔE00是CIEDE2000(也称为CIELab 2000)的公知公式。详细信息可见例如Luo M.R.(2016)CIEDE2000,History,Use,and Performance。载于：LuoM.R.(eds)Encyclopedia of Colour Science and Technology.Springer,New York,NY.https://doi.org/10.1007/978-1-4419-8071-7_7以及ISO标准ISO 11664-6:2014。
AEM和CEM之间的颜色差异ΔE00优选至少为4，更优选至少为8，特别是至少为15。通常，ΔE00小于95，特别是小于90。
在AEM和CEM之间的亮度差异(ΔL')以及AEM和CEM之间的色度差异(ΔC')非常低的情况下，可能仍然存在颜色特性的可见差异。这可以通过Δh'>20度、优选地Δh'>50度来表征。
优选地，AEM和/或CEM的颜色特性基本上是均匀的，即AEM的不同部分之间的颜色差异ΔE00优选小于5和/或CEM的不同部分之间的颜色差异ΔE00优选小于5。
在优选实施方式中，为了容易确定哪个膜是CEM，哪个膜是AEM，AEM和/或CEM含有染料或染料组合，使得CEM的颜色特性可见地不同于AEM的颜色特性，例如AEM和CEM可含有不同的染料或不同的染料组合，含有相同的染料或染料组合但含量和/或比例不同。
优选地，AEM和/或CEM含有染料。可选地，AEM和CEM均含有染料。在一个实施方式中，AEM和CEM各自含有不同的染料。在另一个实施方式中，AEM和CEM含有相同的染料但含量不同。
出于经济原因，优选的是CEM和/或AEM包含除了提供可见颜色之外还具有另一功能的染料。在优选实施方式中，CEM和/或AEM包含作为光引发剂的染料。该染料优选能够在处于激发态时在与共引发剂相互作用后生成自由基：在与染料相互作用后，共引发剂形成自由基物种。因此，存在于CEM和/或AEM中的染料优选是在用光照射时不形成离子的染料。换言之，优选地，AEM和CEM不含在用光照射时形成离子的染料。特别优选的是，存在于CEM和/或AEM中的染料是不能经历再生和可逆的光驱动离解或光驱动缔合反应以生成带正电荷的离子和带负电荷的离子的染料。
优选地，可存在于CEM和/或AEM中的染料不会造成健康风险，例如染料优选不含过渡金属离子。过渡金属的实例包括Cr、Co、Cu、Ir、Mn、Ni、Os、Ru、Pd、Pt和Re。
优选地，染料不与AEM和/或CEM共价结合，至少最初不与AEM和/或CEM共价结合。例如，染料可以物理地包埋在CEM或AEM中。这使得染料的选择(包括更便宜的染料)更加灵活，并且层叠体的制造更加容易。
还作为光引发剂的染料的使用(而不是使用单独染料和无色的光引发剂)通过消除对单独染料的需要而导致成本优势，以获得与AEM具有可见地不同颜色特性的CEM，或与CEM具有可见地不同颜色特性的AEM。因此，染料优选是有色光引发剂。
在某些情况下，染料的化学结构在照射后发生变化。照射后染料可能形成与照射前染料颜色不同的反应产物，或者染料可能失去其颜色。后者不是优选的，虽然可能保留未反应的染料并因此为形成的AEM或CEM提供颜色。
在一个实施方式中，AEM和/或CEM通过照射包含过量染料的可固化组合物形成，该染料是光引发剂(即“有色光引发剂”)。因此，在照射后AEM和/或CEM中会残留一些未反应的有色光引发剂，因此CEM和AEM将具有与用于形成它的未反应的有色光引发剂的颜色相对应的颜色。
当AEM和CEM均通过光固化形成并且均需要光引发剂时，则优选地，用于形成AEM和CEM的可固化组合物包含不同量的相同有色光引发剂和/或不同的有色光引发剂。然而，由于用于制备AEM的可固化组合物中的单体和用于制备CEM的可固化组合物中的单体之间的电荷和结构的差异，出乎意料的是，在一些情况下，即使在每种可固化组合物中以相同的量或浓度使用相同有色光引发剂，AEM和CEM最终也会具有明显不同的颜色特性。这允许更有效的制造过程，因为可以使用相同的染料作为用于CEM和AEM的有色光引发剂，并且仍然获得具有与AEM明显不同的颜色特性的CEM。
优选地，CEM和/或AEM包含(例如，作为上述可固化组合物中的组分(b))在23℃的温度下在以下溶剂中的一种或多种中测量时在长于400nm，优选长于400nm且至多800nm，特别是430nm至800nm的波长处具有最大吸收的染料：水、乙醇和甲苯。
最大吸收优选使用在23℃下溶解在相关溶剂(即水、乙醇或甲苯)中的0.01重量％浓度的染料(例如有色光引发剂)测量，例如使用1mm路径长度(例如，光通过的内部长度为1mm的石英比色皿)。例如，可以使用Agilent Technologies的Varian CaryTM100conc.双光束UV/VIS分光光度计测量最大吸收。
染料在最大吸收(即大于400nm)处的摩尔衰减系数优选至少为7,500M-1cm-1(750m2mol-1)，更优选至少为10,000M-1cm-1。摩尔衰减系数可以使用UV-VIS分光光度计，例如Agilent Technologies的CaryTM100UV-可见分光光度计测量。
优选地，染料是呫吨、黄素、姜黄素、卟啉、蒽醌、吩噁嗪、樟脑醌、吩嗪、吖啶、吩噻嗪、呫吨酮、噻吨酮、噻吨、吖啶酮、黄酮、香豆素、芴酮、喹啉、喹诺酮、萘醌、喹啉酮、芳基甲烷、偶氮、二苯甲酮、类胡萝卜素、花青素、酞菁、二吡咯甲烯、方酸菁(squarine)、芪(stilbene)、苯乙烯基、三嗪或花青苷衍生的光引发剂，或包含其中两种以上的混合物(例如，此类光引发剂中的2至5种)，条件是其在每种条件下在23℃的温度下在以下溶剂中的一种或多种中测量时在大于400nm的波长处具有最大吸收：水、乙醇和甲苯。
具有上述最大吸收的可作为光引发剂起作用的染料的实例包括曙红Y、曙红Y二钠盐、荧光素、荧光素钠、赤藓红B、玫瑰红、荧光桃红B、4,5-二溴荧光素、罗丹明B、核黄素、黄素单核苷酸、吖啶黄素、姜黄素、刃天青、番红-O、酚番红花红、中性红、吖啶橙、酸性蓝43、1,4-二氨基蒽醌、1,4-二羟基蒽醌、溴氨酸钠盐、胭脂红酸、乙基紫、专利蓝V、甲基橙、萘酚黄S、亚甲蓝、靛蓝胭脂红、(4-二甲基氨基苯乙烯基)甲基吡啶盐碘化物、喹啉黄、喹啉黄WS、硫堇乙酸盐、β-胡萝卜素、香豆素6、香豆素343、香豆素153、锌-原卟啉IX、锌-四苯基卟啉四磺酸、锌-酞菁、氯化花青素、吲哚单羰花青钠、试卤灵、尼罗红、派洛宁Y、9-芴酮羧酸、3-丁氧基-5,7-二碘-6-荧光酮、3-羟基-2,4,5,7-四碘-6-荧光酮、2-氯噻吨酮和槲皮素。优选的染料包括番红-O、吖啶橙、溴氨酸钠盐、乙基紫、甲基橙、姜黄素、核黄素、黄素单核苷酸、亚甲蓝、酞菁锌、四苯基磺酸卟啉、喹诺酮黄WS、喹哪啶红、曙红Y、曙红Y二钠盐、赤藓红B、玫瑰红、罗丹明B、荧光桃红B和二溴荧光素。
染料优选包含具有至少10个(更优选至少12个)离域(π)电子的共轭体系。共轭体系是分子中具有离域电子的连接p轨道的体系，通常具有交替的单键和多键。
对于旨在用于水净化、食品或药物应用的层叠体，染料是优选已知是无害的和/或被(例如，美国食品和药物管理局(FDA))批准用于食品和/或药物应用，例如赤藓红B、黄素单核苷酸、姜黄素、核黄素、酒石黄、喹诺酮黄、偶氮玉红、苋菜红、丽春红4R、诱惑红AC、专利蓝V、靛蓝胭脂红、亮蓝FCF、叶绿素衍生物、叶绿素或叶绿酸衍生物的铜络合物、类胡萝卜素、晚霞黄FCF、胭脂红酸、绿S、叶黄素衍生物、亮黑BN，或其一种以上。
该染料通常吸收波长大于400nm的光以产生激发的光引发剂分子，该分子从共引发剂中吸引电子、质子或两者以产生自由基。因此，可固化组合物优选包含共引发剂。然后自由基使可固化单体固化。共引发剂可以是在染料处于电子激发态时(例如用与染料的吸收光谱相匹配的光照射可固化组合物时)能够与染料反应生成自由基的任何化学物质。
由于染料具有人眼可见的颜色，所得膜(即AEM和CEM)被着色：例如，它们吸收400-800nm波长范围内的光。通过对每种膜类型(例如诸如阴离子交换膜、阳离子交换膜、单价阴离子交换膜、单价阳离子交换膜等不同的膜类型)使用不同的染料，或不同量的相同染料，每种膜类型可具有独特的颜色或色泽深度，由此使得更容易组装本发明第一方面的膜层叠体，并且减少制造出离子交换膜处于错误顺序的层叠体的机会。
优选地，AEM和/或CEM可通过用光照射包含用作光引发剂的染料的可固化组合物来获得。优选地，所述可固化组合物包含：
(a)一种或多种包含至少一个阴离子基团(以得到CEM)或阳离子基团(以得到AEM)的可固化单体；
(b)染料；
(c)可选的共引发剂；
(d)可选的不含阴离子和阳离子基团的可固化单体；以及
(e)可选的溶剂。
可固化组合物优选包括包含至少一个阴离子基团或阳离子基团的可固化单体(组分(a))，即AEM的阳离子基团和CEM的阴离子基团。可存在于可固化单体中的优选阴离子基团包括酸性基团，例如磺基、羧基和/或磷酸根合基团(phosphato group)，特别是磺基。可存在于可固化单体中的优选阳离子基团包括季铵和磷鎓基团，特别是季铵基团。
优选地，可固化单体不是多聚的，而是单体或低聚体，即，可固化单体优选具有满足以下等式的分子量(MW)：
MW<(3000+300n)
其中：
MW是可固化单体的分子量；并且
n具有1至6的值并且是存在于可固化单体中的离子基团的数量。
可固化单体优选包含阴离子基团或阳离子基团以及一个或多个烯键式不饱和基团，例如可聚合的烯键式不饱和基团。
根据可固化组合物的pH，存在于可固化单体中的阴离子或阳离子基团可部分或全部与反荷离子形成盐，例如对于阴离子基团而言的钠、锂、铵、钾和/或吡啶以及对于阳离子基团而言的氯和/或溴。
可存在于可固化单体中的优选烯键式不饱和基团是乙烯基，例如为(甲基)丙烯酸、烯丙基(allylic)或苯乙烯基团的形式。(甲基)丙烯酸基团优选为(甲基)丙烯酸酯或(甲基)丙烯酰胺基团，更优选(甲基)丙烯酰胺基团，例如丙烯酰胺或甲基丙烯酰胺基团。
出于环境和健康考虑，不优选使用全氟化聚合物主链，例如聚(四氟乙烯)。通常，非全氟化单体的成本较低。因此不优选全氟化单体，因此层叠体优选不含全氟化聚合物。
优选的可固化单体的实例包括式(A)、(B)、(CL)、(SM)、(MA)、(MB-α)、(C)、(ACL-A)、(ACL-B)、(ACL-C)和/或(AM-B)的以下化合物：
式(A)
式(B)
其中在式(A)和(B)中，
RA1至RA3各自独立地表示氢原子或烷基；
RB1至RB7各自独立地表示烷基或芳基；
ZA1至ZA3各自独立地表示-O-或-NRa-，其中Ra表示氢原子或烷基；
LA1至LA3各自独立地表示亚烷基、亚芳基或其组合的二价连接基团；
RX表示亚烷基、亚烯基、亚炔基、亚芳基或其组合的二价连接基团；并且
XA1至XA3各自独立地表示有机或无机阴离子，优选卤素离子或脂肪族或芳香族羧酸离子。
式(A)或(B)的化合物的实例包括：
合成方法可见于例如US2015/0353721、US2016/0367980和US2014/0378561。
其中在式(CL)和(SM)中，
L1表示亚烷基或亚烯基；
Ra、Rb、Rc和Rd各自独立地表示直链或支链烷基或芳基，
Ra和Rb，和/或Rc和Rd可以通过相互结合而形成环；
R1、R2和R3各自独立地表示直链或支链烷基或芳基，R1和R2，或R1、R2和R3可以通过相互结合而形成脂肪族杂环；
n1、n2、n3各自独立地表示1至10的整数；并且
X1 -、X2 -和X3 -各自独立地表示有机或无机阴离子。
式(CL)和(SM)的实例包括：
合成方法可见于EP3184558和US2016/0001238。
其中在式(MA)和(MB-α)中，
RA1表示氢原子或烷基；
Z1表示-O-或-NRa-，其中Ra表示氢原子或烷基；
M+表示有机或无机阳离子，优选氢离子或碱金属离子；
RA2表示氢原子或烷基，
RA4表示包含磺酸基团且不具有烯键式不饱和基团的有机基团；并且
Z2表示-NRa-，其中Ra表示氢原子或烷基，优选氢原子。
式(MA)和(MB-α)的实例包括：
合成方法可见于例如US2015/0353696。
合成方法可见于例如US2016/0369017。
式(C)
其中在式(C)中，
L1表示亚烷基；
n表示1至3的整数，优选1或2；
m表示1或2的整数；
L2表示n价连接基团；
R1表示氢原子或烷基；
R2表示-SO3 -M+或-SO3R3；在多个R2的情况下，每个R2独立地表示-SO3M+或-SO3R3；
M+表示氢离子、无机离子或有机离子；并且
R3表示烷基或芳基。
式(C)的实例包括：
合成方法可见于EP3187516。
其中在式(ACL-A)、(ACL-B)、(ACL-C)和(AM-B)中，
R和R'各自独立地表示氢原子或烷基；
LL表示单键或二价连接基团；
LL1、LL1'、LL2和LL2'各自独立地表示单键或二价连接基团；并且A和A'各自独立地表示游离酸或盐形式的磺基；并且
m表示1或2。
式(ACL-A)、(ACL-B)、(ACL-C)和(AM-B)的实例包括：
合成方法可见于US2016/0362526。
其它实例包括：
优选地，可固化组合物包含20至95重量％、更优选30至90重量％、特别是35至85重量％的组分(a)。
优选地，染料如上所述，例如有色光引发剂，特别是Norrish II型光引发剂。
期望用于制备AEM或CEM的组合物为溶液形式，其中所有组分具有良好溶解度。因此，当组合物包含极性溶剂(例如水)时，组分(b)优选包含一个或多个带电基团，因为这些带电基团提高在极性溶剂如水中的溶解度。合适的带电基团包括游离酸或盐形式的磺基和羧基以及季铵基团。
优选地，组分(b)不含具有自由基清除性质的基团(例如硝基和硫醇基)，因为这些基团可减缓或抑制固化。
优选地，组分(b)不含两个以上与形成共轭体系一部分的原子连接的羟基。
优选地，组分(b)具有至少两个选自氯、溴、碘、伯、仲或叔氨基、烷基、羰基、醚、硫醚、羧基、磺基和季铵基团的基团，并且不含硝基、硫醇和多个羟基。
优选地，可固化组合物包含0.002至4重量％、更优选0.005至2重量％、特别是0.005至0.9重量％、更特别是0.01至0.4重量％的染料(组分(b))。
优选地，可固化组合物中存在的染料和共引发剂的摩尔比(即组分(b)与(c)的比率)大于1:1，更优选地大于1:2，特别是大于1:5，更特别是大于1:10。
优选地，共引发剂(即组分(c))包含叔胺、丙烯酸酯化胺、鎓盐(例如碘鎓、锍、鏻或重氮离子的盐)、三嗪衍生物、有机卤素化合物、醚基团、酮、硫醇、硼酸盐、硫化物(例如硫醚)、吡啶鎓盐、二茂铁鎓盐或它们中的两种以上。
优选的共引发剂包括三乙胺、三乙醇胺、甲基二乙醇胺、二甲基乙醇胺、乙二胺-四(2-丙醇)、1,4-二甲基哌嗪、正丙基二乙醇胺、4-(二甲基氨基)苯甲醛、7-二乙基氨基-4-甲基香豆素、甲基丙烯酸2-(二乙基氨基)乙酯、四溴化碳、氯化二苯基碘鎓、2-乙基己基-4-二甲基氨基苯甲酸酯、4-(二甲基氨基)苄腈、乙基-4-二甲基氨基苯甲酸酯、二甲基氨基丙基丙烯酰胺、二甲基氨基乙基甲基丙烯酸酯、硝酸二苯基碘鎓、N-苯基甘氨酸、2,4,6-三(三氯甲基)-1,3,5-三嗪、2-(4-甲氧基苯基)-4,6-双(三氯甲基)-1,3,5-三嗪、六乙基三聚氰胺、六亚甲基四胺、胡椒基醇、N,N-二甲基-对甲苯胺、L-精氨酸或包含它们中的两种以上的混合物。
虽然出于本说明书的目的，组分(c)可有助于溶解组合物的组分，例如三乙醇胺，但组分(c)不被视为溶剂。
优选地，可固化组合物包含0.01至40重量％、更优选0.05至20重量％、甚至更优选0.1至5重量％的共引发剂(组分(c))。
虽然通常不是优选的，但可固化组合物可以包含通常出于特定目的而少量存在的非离子单体，即不含阴离子和阳离子基团的单体。组分(d)的实例包括非离子单体，例如甲基丙烯酸羟乙酯和甲基丙烯酸甲酯；和非离子交联剂，例如聚(乙二醇)二丙烯酸酯、双酚A环氧丙烯酸酯、双酚A乙氧基化物二丙烯酸酯、三环癸烷二甲醇二丙烯酸酯、新戊二醇乙氧基化物二丙烯酸酯、丙二醇乙氧基化物二丙烯酸酯、丁二醇乙氧基化物二丙烯酸酯、己二醇二丙烯酸酯、己二醇乙氧基化物二丙烯酸酯、聚(乙二醇-共-丙二醇)二丙烯酸酯、聚(乙二醇)-嵌段-聚(丙二醇)-嵌段-聚(乙二醇)二丙烯酸酯、异佛尔酮二丙烯酰胺、二乙烯基苯、N,N′-(1,2-二羟基乙烯)双丙烯酰胺、N,N-亚甲基-双丙烯酰胺、N,N′-亚乙基双(丙烯酰胺)、双(氨基丙基)甲胺二丙烯酰胺、三环癸烷二甲醇二丙烯酸酯、1,4-二丙烯酰基哌嗪、1,4-双(丙烯酰基)高哌嗪、甘油乙氧基化物三丙烯酸酯、三羟甲基丙烷乙氧基化物三丙烯酸酯、三羟甲基丙烷乙氧基化物三丙烯酸酯、季戊四醇乙氧基化物四丙烯酸酯、二三羟甲基丙烷乙氧基化物四丙烯酸酯、二季戊四醇乙氧基化物六丙烯酸酯、1,3,5-三丙烯酰基六氢-1,3,5-三嗪、2,4,6-三烯丙氧基-1,3,5-三嗪以及包含它们中的两种以上的组合。
优选地，组合物包含0至50重量％的组分(d)，更优选0至30重量％。在一个实施方式中，组合物不含可固化单体，所述可固化单体不含阴离子和阳离子基团。
可选地，可固化组合物还包含例如作为组分(e)的一种或多种溶剂。溶剂可以是不与其他组分共聚或不充当共引发剂的任何溶剂。在一个实施方式中，溶剂优选包括水和可选的有机溶剂，特别是其中部分或全部有机溶剂可与水混溶。水可用于溶解可固化单体，并且有机溶剂可用于溶解可固化组合物的其他有机组分。溶剂可用于降低可固化组合物的粘度和/或表面张力。
优选地，在一些实施方式中，可固化组合物包含0至60重量％、更优选4至50重量％、最优选10至45重量％的溶剂(例如，作为组分(e))。
在一个实施方式中，相对于组分(e)的总重量，组分(e)包含至少50重量％的水，更优选至少70重量％的水。在一个实施方式中，组分(e)包含小于30重量％的有机溶剂，且任何剩余的溶剂为水。在另一个实施方式中，组合物不含有机溶剂，由于完全不含(挥发性)有机溶剂而提供环境优势。在一个具体实施方式中，水用作溶剂，例如pH低于7的水。
在另一个实施方式中，组分(e)包含一种或多种有机溶剂以溶解组合物的组分并且不含水。当组分(a)、(b)、(c)和(d)(当存在时)在水中具有低溶解度或不具有溶解度时，这是特别有用的。
可用作组分(e)或在组分(e)中使用的优选有机溶剂包括C1-4醇(例如一元醇如甲醇、乙醇和丙-2-醇)；二醇(例如乙二醇和丙二醇)；三醇(例如甘油))；碳酸酯(例如碳酸亚乙酯、碳酸亚丙酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、二碳酸二叔丁酯和碳酸甘油酯)；二甲基甲酰胺；二甲亚砜，丙酮；N-甲基-2-吡咯烷酮；以及包含前述两种以上的混合物。
有机溶剂是惰性的(即，不可与组分(a)或(d)(当存在时)共聚)。
组分(e)可以不包含有机溶剂，或包含一种或多种有机溶剂。
优选地，CEM和/或AEM包含多孔载体。多孔载体可用于增强膜。
多孔载体的孔可用可固化组合物(例如上述优选的可固化组合物)填充，然后可固化组合物可被固化。
作为多孔载体的实例，可提及织造和非织造合成织物以及挤出膜。实例包括由例如聚乙烯、聚丙烯、聚丙烯腈、聚氯乙烯、聚苯硫醚、聚酯、聚酰胺、聚芳醚酮(例如聚醚醚酮)及其共聚物制成的湿式和干式非织造材料、纺粘和熔喷织物以及纳米纤维网。多孔载体也可以是多孔膜，例如聚砜、聚醚砜、聚亚苯基砜、聚苯硫醚、聚酰亚胺、聚醚酰亚胺(polyethermide)、聚酰胺、聚酰胺酰亚胺、聚丙烯腈、聚碳酸酯、聚丙烯酸酯、醋酸纤维素、聚丙烯、聚(4-甲基1-戊烯)、聚偏二氟乙烯、聚四氟乙烯、聚六氟丙烯和聚三氟氯乙烯膜及其衍生物。
多孔载体的平均厚度优选为10至700μm，更优选为20至500μm。
优选地，多孔载体的孔隙率为30％和95％。载体的孔隙率可以通过气孔计、例如来自德国IB-FT GmbH的PoroluxTM1000测定。
多孔载体(存在时)可选地是已经被处理以改变其表面能、例如改变至高于45mN/m、优选高于55mN/m的值的多孔载体。合适的处理包括电晕放电处理、等离子体辉光放电处理、火焰处理、紫外光照射处理或化学处理等，例如用于改善聚合物对多孔载体的润湿性和附着力。
市售的多孔载体可从许多来源获得，例如来自Freudenberg FiltrationTechnologies(Novatexx materials)、Lydall Performance Materials、CEMgard LLC、APorous Inc.、SWM(Conwed Plastics、DelStar Technologies)、Teijin、Hirose、Mitsubishi Paper Mills Ltd和Sefar AG。
优选地，载体是聚合物载体。
芳香族多孔载体包括衍生自一种或多种芳香族单体的多孔载体，例如芳香族聚酰胺(芳纶)、(磺化)聚亚苯基砜、聚(苯硫醚砜)、芳香族聚酯(例如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)或聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT))、芳香族聚醚醚酮、聚苯硫醚或上述两种以上的组合。市售的芳香族多孔载体的实例包括Teijin、Hirose、Mitsubishi Paper Mills Ltd和Sefar AG。
优选地，AEM和/或CEM为片材形式，例如包含多孔载体。
AEM和/或CEM(统称为“离子交换膜”)可通过使用例如电子束(EB)辐射和/或可见光的辐射使可固化组合物聚合来产生。热固化是热聚合过程并且通常非常缓慢。EB固化不需要引发剂，而是需要昂贵的设备。光固化是需要高强度光和光引发剂的快速和有效的方法。
如果需要，上述可固化组合物可以使用可见光固化，例如LED光。与UV光相比，用可见光固化具有许多优点(更低的能量消耗，没有有害的UV照射，没有或少得多的无用的IR照射和因此更少的产品加热，在照射区中没有臭氧的形成，照射源的更长的寿命，并且当使用单色光时可以达到100％的更高的光谱匹配)。因此，LED光可以比使用UV光有效得多。可以为每个光引发剂体系选择来自大量可能光源的理想照明光源，以使光源的发射光谱和光引发剂的吸收光谱之间的光谱匹配最大化。
取决于所选择的光引发剂，可在黄光或红光条件下处理可固化组合物。
有利地，与使用I型光引发剂和UV光固化的现有技术方法相比，包含染料并使用可见光的可固化组合物的固化(用于形成离子交换膜)较少被氧的存在而抑制。此外，由于光引发剂体系的更高效率，人们可以使用比现有技术方法更低量的光引发剂。
具有400至800nm范围内的波长的合适光源包括发光二极管(例如，白色(450nm，并且在550nm处延伸至750nm的宽峰)、蓝色(450nm)、绿色(530nm)、黄色(590nm)、红色(625nm)或UV-V(405或420nm))；气体放电灯(汞(430和550nm)、镓(400和410nm)、铟(410和450nm)、铊(530nm)或氢(490nm))；硫等离子体灯(在完全可见光谱中具有最大值在500nm处的宽峰)。合适的发光二极管可以从例如Cree、Osram、Hoenle和Chromasens处获得。气体放电灯可以从例如Heraus、Hoenle和uv-technik meyer GmbH处获得。硫等离子体灯可以从例如Plasma-international和PlasmaBright处获得。优选地，固化使用来自发光二极管(“LED”)的光。
用于固化组合物的辐射源的能量输出优选为1-1000W/cm，优选2-500W/cm，但其能量输出可以更高或更低，只要可以实现固化即可。曝光强度是可用于控制固化程度并由此影响AEM或CEM的最终结构的参数之一。如用来自Uvitron的Power Puck II功率辐射计测量的，优选曝光剂量为至少40mJ/cm2，更优选40-1500mJ/cm2，最优选70-900mJ/cm2。用于固化的光源的典型实例是由Hoenle提供的输出为25W/cm的420nm单色LED。
为了在高涂覆速度下达到所需的曝光剂量，可以使用多于一个的照射源，使得组合物被照射多于一次。
WO2017009602('602)描述了使用热引发剂和I型光引发剂由简单的脂族单体制备离子交换膜。
当用于制备离子交换膜的单体全部为脂族和/或简单芳族单体时(例如'602中)，用于形成离子交换膜的UV固化步骤通常是相当有效的。然而，当用于制备离子交换膜的一种或多种单体在UV区域(例如高达380nm或甚至更高)显著吸收时，单体对UV光的吸收可显著干扰固化过程。在这种情况下，需要非常高剂量的UV光和/或高浓度的光引发剂来实现足够数量的自由基的形成以实现期望的聚合速率。由于许多原因，不希望使用高浓度的光引发剂。例如，使用高浓度的光引发剂比使用低浓度的光引发剂更昂贵。由含有高浓度光引发剂的固化组合物制成的离子交换膜由于潜在的毒性恐惧而经常被认为不适合用于食品和药物应用，并且经常需要额外的处理以降低不可接受水平的光引发剂从膜中浸出并进入食品或药物产品的机会。此外，高剂量的UV光产生大量的热，这需要冷却并增加了在固化过程中存在的膜或任何载体或载具燃烧的风险。还涉及高能量成本。
可固化组合物可以进一步包含添加剂，例如表面活性剂、pH调节剂、粘度改性剂、结构改性剂、稳定剂、聚合抑制剂或前述中的两种以上。
表面活性剂或表面活性剂的组合可以包括在组合物中作为例如润湿剂或用于调节表面张力。可以使用市售表面活性剂，包括可辐射固化的表面活性剂。适用于组合物的表面活性剂包括非离子表面活性剂、离子表面活性剂、两性表面活性剂及其组合。
优选的表面活性剂如WO2007/018425第20页第15行至第22页第6行中所述，其通过引用并入本文。特别优选含氟表面活性剂，特别是
FSN和
含氟表面活性剂(由E.I.Du Pont生产)。还优选聚硅氧烷类表面活性剂，特别是来自Air Products的SurfynolTM、来自DowCorning的XiameterTM表面活性剂，来自Evonik的TegoPrenTM和TegoGlideTM表面活性剂、来自Siltech的SiltechTM和SilsurfTM表面活性剂和来自SumitomoChemical的MaxxTM有机硅氧烷表面活性剂。
优选地，组合物包含聚合抑制剂(例如以低于2重量％的量)。这可用于防止组合物在例如储存期间过早固化。合适的聚合抑制剂包括氢醌、氢醌单甲醚、2,6-二-叔丁基-4-甲基苯酚，4-叔丁基-儿茶酚、吩噻嗪、4-氧代-2,2,6,6-四甲基-1-哌啶基氧基、自由基(4-氧代-TEMPO)、4-羟基-2,2,6,6-四甲基-1-哌啶基氧基、自由基(4-羟基-TEMPO)、2,6-二硝基-仲丁基苯酚、三(N-亚硝基-N-苯基羟胺)铝盐、OmnistabTM IN 510以及包含它们中的两种以上的混合物。
因此，在本发明的一个优选方面，用于制备AEM和/或CEM的组合物包含：
(a)20至95重量％的组分(a)；
(b)0.002至4重量％的组分(b)，组分(b)优选为Norrish II型光引发剂，当其在23℃的温度下在一种或多种以下溶剂中测量时在长于400nm的波长处具有最大吸收：水、乙醇和甲苯；
(c)0.01至40重量％的组分(c)；以及
(d)0至50重量％的组分(d)。
在本发明该优选方面的一个实施方式中，组合物进一步包含0至60重量％的组分(e)，溶剂。
优选地，AEM和/或CEM的厚度(包括多孔载体(当存在时))小于250μm，更优选5至200μm，最优选10至150μm，例如约20、约50、约75或约100μm。
优选地，基于膜(当多孔载体存在时，包括多孔载体)的总干重，AEM和/或CEM具有的离子交换容量为至少0.1meq/g，更优选至少0.3meq/g，特别大于0.6meq/g，更特别大于1.0meq/g。离子交换容量可以如Dlugolecki等，Membrane Science,319(2008)，第217页中所述的通过滴定法测量。
优选地，AEM和/或CEM在水中的溶胀小于100％，更优选小于75％，最优选小于60％。可通过交联剂的量、不可固化化合物的量和通过在固化步骤中选择合适的参数以及进一步通过多孔载体(当存在时)的性质来控制溶胀程度。电阻、选择渗透性和在水中的溶胀度(aka水吸收)可以通过Dlugolecki等，Membrane Science,319(2008)，第217-218页中所述的方法测量。
AEM和/或CEM优选具有低透水率，使得(水合)离子可以通过膜，并且(游离)水分子不容易通过膜。优选地，AEM和/或CEM的透水率低于1.10-9m3/m2.s.kPa，更优选低于1.10- 10m3/m2.s.kPa，最优选低于5.10-11m3/m2.s.kPa，特别是低于3.10-11m3/m2.s.kPa。
优选地，AEM和/或CEM对小阳离子(例如Na+)或阴离子(例如Cl-)的选择渗透性高于90％，更优选高于95％。
优选地，AEM和/或CEM的电阻小于15ohm.cm2，更优选地小于10ohm.cm2，最优选地小于8ohm.cm2。对于某些应用，高电阻可能是可接受的，特别是当选择渗透性非常高(例如高于95％)并且透水率非常低时，例如对于用低导电流操作的工艺，例如用于生产超纯水和/或饮用水的系统。
优选地，AEM不含催化剂。
优选地，CEM不含催化剂。
优选地，AEM不含阴离子基团。
优选地，CEM不含阳离子基团。
优选地，层叠体不含双极性膜。
AEM和/或CEM可通过包括固化上文所定义的组合物的方法来制备。
如果需要，该方法可以包含另外的步骤，例如在固化、洗涤和/或干燥固化的组合物(即聚合物)之前将组合物施加到多孔载体上的步骤。
可选地，所述方法包括从AEM和/或CEM中洗出未反应的组合物的另一步骤。
虽然在实施方式中，可使用固定载体以分批方式制备AEM和/或CEM，但更优选使用移动载体(特别移动多孔载体)以连续方式制备AEM和/或CEM。多孔载体可以是连续展开的卷的形式或中空纤维的形式，或多孔载体可以放置在载具上，例如连续驱动的带(或这些方法的组合)。使用这样的技术，组合物可以连续地施加到多孔载体上，或者其可以大批量地施加到多孔载体上。
可通过任何合适的方法将可固化组合物施加到多孔载体上，例如通过幕涂、刮刀涂覆、气刀涂覆、辊衬刮刀涂覆、滑动涂覆、夹辊涂覆、正向辊涂覆、反向辊涂覆、微辊涂覆、浸涂、薄软涂覆、吻合涂覆，棒条涂覆或喷涂。可固化组合物通常在多孔载体或载具上形成连续膜层，或者多孔载体可用组合物浸渍。多层的涂覆可以同时或连续进行。当涂覆多个层时，可固化组合物可以相同或不同。
因此，将组合物施涂到多孔载体上的工艺步骤可进行多于一次，在每次施涂组合物之间进行固化或不进行固化。当组合物施加到多孔载体的两侧时，所得浸渍载体可以是对称的或不对称的，优选对称的。
因此，在制备离子交换膜的优选方法中，优选通过制造单元将组合物连续施加到移动载体(优选多孔载体)上，所述制造单元包括一个或多个组合物施加站、一个或多个用于固化组合物的辐射源、AEM或CEM收集站和用于将多孔载体从组合物施加站移动到辐射源和AEM或CEM收集站的装置。
组合物施加站可以位于相对于辐射源的上游位置，并且辐射源位于相对于AEM或CEM收集站的上游位置。
为了产生足够可流动的组合物用于通过高速涂覆机施用，优选的是组合物在23℃测量时的粘度低于5000mPa.s，更优选1至1500mPa.s。最优选地，组合物在23℃测量时的粘度为2至500mPa.s。
使用合适的涂覆技术可以将组合物以超过1m/min的速度施加到移动的多孔载体上，例如5m/min，优选超过10m/min，更优选超过15m/min，例如超过20m/min，或甚至可以达到更高的速度，例如30m/min，或高达40m/min。
在固化期间，组分(a)和(d)(当存在时)通常聚合以形成聚合物。优选地，固化足够快速地发生以在30秒内形成聚合物。如果需要，随后可以施加进一步的固化以完成，虽然通常这不是必需的。
优选地，在将组合物施加到载体上之后，组合物的固化在3分钟内开始，更优选在60秒内开始。
优选地，通过照射组合物小于30秒、更优选小于10秒、特别是小于3秒、更特别是小于2秒来实现固化。在连续工艺中，辐照连续发生，组合物移动通过辐照束的速度主要决定固化时间。通过由所述集中光束的照射时间确定所述照射时间；杂散“光”通常太弱而不能具有显著的效果。优选地，固化使用白光、蓝光或绿光。合适的波长长于400nm，条件是光的波长与组分(b)的吸收波长相匹配。
根据本发明的第二方面，提供了一种制备离子交换膜的层叠体的方法，所述方法包括以下步骤：
(i)提供多个AEM和多个CEM，其中AEM的颜色特性与CEM的颜色特性可见地不同；和
(ii)组装所述层叠体，使得所述AEM和所述CEM处于交替顺序。
在本发明第二方面的方法中，可使用颜色特性的可见差异以确保AEM和CEM处于交替顺序。例如，AEM和CEM的颜色特性可使用裸眼或使用光学传感器来评估，并且该评估的结果可用于组装层叠体，使得AEM和CEM处于交替顺序。
当使用光学传感器评估AEM和CEM的颜色特性时，层叠体的组装可完全自动化(例如，在计算机程序的控制下操作)，且以此方式提供非常快速且有效的层叠体制造过程。
可通过包括将AEM和CEM的边缘粘合在一起的方法组装层叠体，使得AEM和CEM处于交替顺序，从而通常提供交替的离子稀释隔室和离子浓缩隔室，例如包括由带负电荷的阳离子交换膜(阳离子交换膜或“CEM”)制成的壁和由带正电荷的阴离子交换膜(阴离子交换膜或“AEM”)制成的壁。或者，可通过将AEM和CEM放置在彼此的顶部上并在各膜之间具有间隔物来组装层叠体。
可选地，该方法还包括使用AEM和CEM的可见地不同的颜色特性来验证AEM和CEM处于交替顺序的步骤。
根据本发明的第三方面，提供了一种电渗析或反向电渗析单元、电去离子模块、流通电容器、扩散渗析装置、膜蒸馏模块或电解槽，其包含一个或多个本发明第一方面的离子交换膜的层叠体。电去离子模块优选为连续电去离子模块。
优选地，电渗析或反向电渗析单元或电去离子模块或流通电容器包括至少一个阳极、至少一个阴极和两个以上本发明第二方面的膜。
在优选的实施方式中，所述单元包含至少10个、更优选至少25个、例如36、64、200、600或多达1500个膜对(一个AEM和一个CEM是一个“膜对”)，膜对的数目取决于应用。膜对可以例如用于板框式或层叠体圆盘构型或螺旋缠绕设计。
根据本发明的第四方面，提供了本发明第一方面的层叠体或本发明第三方面的模块、装置或电解槽用于处理水流的应用，例如用于水软化、葡萄酒的酒石酸稳定化、乳清的脱矿质，用于液体(例如水、糖浆、果汁、有机溶剂、矿物油以及金属离子的溶液)的纯化、除湿，或用于产生能量。
虽然本发明的层叠体主要用于水纯化(例如通过电去离子或电渗析，包括连续电去离子(CEDI)和电渗析逆转(EDR))，但它们也可用于其它目的，例如用于反向电渗析(RED)。
因此，本发明提供了包含交替的CEM和AEM的离子交换膜的层叠体，其中CEM各自具有彼此相同的颜色或色泽深度以及与AEM不同的颜色和/或色泽深度。当也使用单价选择性膜时，通过选择不同的组分(b)或不同量的组分(b)，它们可以被赋予与标准膜不同的颜色。
现在将用非限制性实施例说明本发明，其中所有份数和百分比均以重量计，除非另有说明。
在实施例中，以下特性通过下述方法测量。
在实施例中，以下特性通过下述方法测量。
表1–材料
表2-几种有色光引发剂在所述溶剂中的特性
步骤(a)制备用于制造AEM和CEM的组合物
用于制造AEM的组合物包含下表3中所示的成分，其中光引发剂是1173、EL、EB、MB、RZ或QR：
表3-用于制造AEM的AEM组合物
| 组分类型 | 组分名称(重量％) |
| (a) | DMAPAA-Q(15重量％) |
| (a) | CL-3(45重量％) |
| (b) | 染料/光引发剂(0.5重量％) |
| (c) | TEOA(1重量％) |
| (c) | IO(0.25重量％) |
| (e) | 水(38.25重量％) |
用于制造CEM的组合物包含下表4中所示的成分，其中光引发剂是1173、EL、EB、MB、RZ或QR：
表4-用于制造CEM的CEM组合物
| 组分类型 | 组分名称(重量％) |
| (a) | Na-AMPS(35重量％) |
| (a) | Na-DVBS(20重量％) |
| (b) | 染料/光引发剂(0.5重量％) |
| (c) | TEOA(1重量％) |
| (c) | IO(0.25重量％) |
| (e) | 水(43.25重量％) |
步骤(b)–制备AEM和CEM
使用下述一般方法制备AEM和CEM：使用100μm Meyer棒将来自步骤(a)的相关组合物作为100μm层涂覆在PET片材上。将多孔载体(2223-10)放置在组合物的层中，并刮掉任何过量的CEL组合物。然后将存在于多孔载体中的组合物放置在设定为5m/min的传送带上进行固化，该传送带配备有带有中压汞灯(240W/cm，100％)的Heraeus F450微波驱动的UV固化系统，从而取决于所用的组合物而提供AEM或CEM。
AEM和CEM的颜色特性
根据CIEDE2000使用Konica Minolta CM-3600a分光光度计，使用8mm MAV测量区域和光学工具样品架的白色校准板(Minolta CM-A139)测量由步骤(b)产生的AEM和CEM的颜色特性。结果如下：
表5：AEM1至AEM6的颜色数据(EL、EB、MB、RZ或QR表示出所使用的有色光引发剂，
1173不是有色光引发剂)
| AEM1 | AEM2 | AEM3 | AEM4 | AEM5 | AEM6 | |
| 光引发剂 | 1173 | FL | EB | MB | RZ | QR |
| L’ | 86 | 86 | 60 | 74 | 38 | 35 |
| C’ | 3 | 97 | 70 | 11 | 15 | 46 |
| h’ | 110 | 66 | 6 | 234 | 335 | 355 |
表6：CEM1至CEM6的颜色数据(EL、EB、MB、RZ或QR表示出所使用的有色光引发剂，
1173不是有色光引发剂)
| CEM1 | CEM2 | CEM3 | CEM4 | CEM5 | CEM6 | |
| 光引发剂 | 1173 | FL | EB | MB | RZ | QR |
| L’ | 82 | 72 | 30 | 35 | 68 | 38 |
| C’ | 2 | 62 | 42 | 16 | 21 | 18 |
| h’ | 138 | 78 | 8 | 255 | 332 | 358 |
表7：水平显示的AEM和垂直显示的CEM的颜色差异数据(ΔE00)
在表5至7中使用了以下缩写：
光引发剂是指用于制造AEM(来自上表3中描述的组合物)或CEM(来自上表4中描述的组合物)的光引发剂。
L’是指根据CIEDE2000的亮度。
C’是指根据CIEDE2000的色度。
h’是指根据CIEDE2000的色调角度。
AEM是指阴离子交换层。
CEM是指阳离子交换层。
ΔE00是指根据CIEDE2000的AEM和CEM之间的颜色差异。
EL、EB、MB、RZ或QR表示出所使用的有色光引发剂，1173不是有色光引发剂
Claims (18)
1.一种离子交换膜的层叠体，其包含多个阴离子交换膜(AEM)和多个阳离子交换膜(CEM)，其中所述AEM的颜色特性与所述CEM的颜色特性可见地不同。
2.如权利要求1所述的层叠体，其中，所述CEM通过固化包含以下组分的可固化组合物而获得：
(a)一种或多种包含至少一个阴离子基团的可固化单体；
(b)染料；
(c)可选的共引发剂；
(d)可选的不含阴离子和阳离子基团的可固化单体；以及
(e)可选的溶剂。
3.如权利要求1或2所述的层叠体，其中，所述AEM通过固化包含以下组分的可固化组合物而获得：
(a)一种或多种包含至少一个阳离子基团的可固化单体；
(b)染料；
(c)可选的共引发剂；
(d)可选的不含阴离子和阳离子基团的可固化单体；以及
(e)可选的溶剂。
4.如权利要求2或3所述的层叠体，其中，所述染料是Norrish II型光引发剂。
5.如权利要求2至4中任一项所述的层叠体，其中，所述染料是Norrish II型光引发剂，当其在23℃的温度下在以下溶剂中的一种或多种中测量时在长于400nm的波长处具有最大吸收：水、乙醇和甲苯。
6.如权利要求2至5中任一项所述的层叠体，其中，组分(b)在最大吸收处的摩尔衰减系数为7,500M-1cm-1。
7.如权利要求2至6中任一项所述的层叠体，其中，存在共引发剂(c)，并且其是当组分(b)处于电子激发态时能够在与组分(b)的反应中产生自由基的化学品。
8.如权利要求2至7中任一项所述的层叠体，其中，组分(c)包含叔胺、丙烯酸酯化胺、鎓盐(例如碘鎓、锍、鏻或重氮离子的盐)、三嗪衍生物、有机卤素化合物、醚基、酮、硫醇、硼酸盐、硫化物、吡啶鎓盐、二茂铁鎓盐或它们中的两种以上。
9.如权利要求2至8中任一项所述的层叠体，其中，组分(b)包含呫吨、黄素、姜黄素、卟啉、蒽醌、吩噁嗪、樟脑醌、吩嗪、吖啶、吩噻嗪、呫吨酮、噻吨酮、噻吨、吖啶、吖啶酮、黄酮、香豆素、芴酮、喹诺酮、萘醌、喹啉酮、芳基甲烷、偶氮、二苯甲酮、类胡萝卜素、花青素、酞菁、二吡咯甲烯、方酸菁、芪、苯乙烯基、三嗪和/或花青苷衍生的光引发剂，在各种情况下，当在23℃的温度下在选自水、乙醇和甲苯的溶剂中测量时，所述光引发剂在长于400nm的波长下具有最大吸收。
10.如前述权利要求中任一项所述的层叠体，其中，颜色特性的可见差异包括根据CIEDE2000表示的至少为4的ΔE00的差。
11.如前述权利要求中任一项所述的层叠体，其中，AEM和CEM中的至少一个具有根据CIEDE2000由L’表示的小于90的亮度。
12.如前述权利要求中任一项所述的层叠体，其中，AEM和CEM中的至少一个具有根据CIEDE2000由L’表示的至少10的亮度。
13.如前述权利要求中任一项所述的层叠体，其中，AEM和CEM中的至少一个具有根据CIEDE2000由色度C’表示的至少5的饱和度。
14.如前述权利要求中任一项所述的层叠体，其中，AEM和CEM中的至少一个具有根据CIEDE2000由色调h’表示的小于70°或至少100°的色调。
15.如前述权利要求中任一项所述的层叠体，其中，所述CEM各自具有彼此相同的颜色和/或色泽深度以及与所述AEM不同的颜色和/或色泽深度。
16.一种制备离子交换膜的层叠体的方法，所述方法包括以下步骤：
(i)提供多个AEM和多个CEM，其中AEM的颜色特性与CEM的颜色特性可见地不同；和
(ii)组装所述层叠体，使得所述AEM和所述CEM处于交替顺序。
17.一种电渗析或反向电渗析单元、电去离子模块、流通电容器、扩散渗析装置、膜蒸馏模块或电解槽，其包含一个或多个权利要求1至15中任一项所述的离子交换膜的层叠体。
18.权利要求1至15中任一项所述的层叠体或权利要求16所述的装置在处理水性流中的应用，例如用于水软化、葡萄酒的酒石酸稳定化、乳清的脱矿质，用于液体(例如水、糖浆、果汁、有机溶剂、矿物油以及金属离子的溶液)的纯化、除湿，或用于产生能量。
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