FR2876298A1 - PROCESS FOR THE MANUFACTURE OF RADIOGRAFT MEMBRANES AND APPLICATION OF MEMBRANES OBTAINED - Google Patents

PROCESS FOR THE MANUFACTURE OF RADIOGRAFT MEMBRANES AND APPLICATION OF MEMBRANES OBTAINED Download PDF

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Abstract

Procédé pour la production de membranes radiogreffées ayant un taux de greffage faible en surface, en particulier de membranes échangeuses d'ions, structurées dans l'épaisseur, selon lequel une membrane est irradiée et est mise en contact avec une composition de greffage, la composition de greffage comprenant un inhibiteur de polymérisation possédant un encombrement stérique limitant sa pénétration dans la membrane à une zone superficielle ayant une épaisseur valant au plus 10% de l'épaisseur de la membrane.A process for the production of radiografted membranes having a low surface grafting rate, in particular ion exchange membranes, structured in thickness, wherein a membrane is irradiated and contacted with a grafting composition, the composition grafting agent comprising a polymerization inhibitor having a steric hindrance limiting its penetration into the membrane to a surface area having a thickness of at most 10% of the thickness of the membrane.

Description

Procédé pour la fabrication de membranes radiogreffées et application desProcess for the manufacture of radiografted membranes and application of

membranes obtenues L'invention concerne un procédé pour la fabrication de membranes radiogreffées structurées dans l'épaisseur, particulièrement adaptées à la production de membranes échangeuses d'ions.  The invention relates to a process for the manufacture of radiografted membranes structured in thickness, particularly suitable for the production of ion exchange membranes.

On entend par membrane structurée dans l'épaisseur une membrane qui présente dans son épaisseur un gradient contrôlé de propriétés telles que par exemple son taux de greffage ou dans le cas de membranes échangeuses d'ions sa capacité d'échange ionique, la capacité d'échange en surface étant différente de celle au coeur de la membrane.  Membrane structured in the thickness means a membrane which has in its thickness a controlled gradient of properties such as for example its degree of grafting or in the case of ion exchange membranes its ion exchange capacity, the capacity of surface exchange being different from that at the heart of the membrane.

Les membranes échangeuses d'ions sont bien connues en technique. Leur capacité d'être sélectivement perméables aux anions ou aux cations leur donne de nombreuses applications. L'électrolyse à membrane de solutions de chlorure de sodium pour la production conjointe de chlore et d'hydroxyde de sodium, les piles à combustible et enfin l'électrodialyse, ayant elle-même de nombreuses applications telle que le traitement de l'eau, sont des exemples de technologies mettant en oeuvre des membranes échangeuses d'ions.  Ion exchange membranes are well known in the art. Their ability to be selectively permeable to anions or cations gives them many applications. Membrane electrolysis of sodium chloride solutions for the joint production of chlorine and sodium hydroxide, fuel cells and finally electrodialysis, itself having many applications such as water treatment, are examples of technologies using ion exchange membranes.

Lorsque des membranes échangeuses d'ions sont utilisées en électrodialyse pour le traitement de fluides comportant des substances à éliminer, elles sont assez rapidement encrassées par ces substances ( fouling ), ce qui implique leur nettoyage ou leur remplacement. Pour des raisons pratiques il est donc important qu'elles aient une résistance suffisante à l'encrassement, par exemple grâce à des propriétés antiadhérentes.. D'autre part elles doivent présenter une conductivité ionique globale suffisante afin de maintenir une consommation électrique économiquement intéressante.  When ion exchange membranes are used in electrodialysis for the treatment of fluids containing substances to be removed, they are quickly fouled by these substances (fouling), which involves cleaning or replacement. For practical reasons, it is therefore important that they have sufficient resistance to fouling, for example by virtue of their anti-adhesive properties. On the other hand, they must have sufficient overall ionic conductivity in order to maintain economically attractive electrical consumption.

Il est connu (US2003/0024816A1) d'améliorer la résistance à l'encrassement de membranes échangeuses d'ions en y fixant des chaînes de polyalkylène glycol. La résistance à l'encrassement de ces membranes connues est toutefois insuffisante lorsque le fluide à traiter contient des substances polluantes de faible poids moléculaire.  It is known (US2003 / 0024816A1) to improve the fouling resistance of ion exchange membranes by fixing polyalkylene glycol chains therein. The fouling resistance of these known membranes is, however, insufficient when the fluid to be treated contains pollutants of low molecular weight.

L'invention vise à fournir un procédé amélioré pour l'obtention de membranes échangeuses d'ions résistantes à l'encrassement et présentant une excellente conductivité ionique.  The object of the invention is to provide an improved method for obtaining ion exchange membranes resistant to fouling and having excellent ionic conductivity.

En conséquence, l'invention concerne un procédé pour la production de membranes radiogreffées ayant un taux de greffage faible en surface, en particulier de membranes échangeuses d'ions, structurées dans l'épaisseur, selon lequel une membrane est irradiée et est mise en contact avec une composition de greffage, la composition de greffage comprenant un inhibiteur de polymérisation possédant un encombrement stérique limitant sa pénétration dans la membrane à une zone superficielle ayant une épaisseur valant au plus 10% de l'épaisseur de la membrane.  Accordingly, the invention relates to a process for the production of radiografted membranes having a low surface grafting rate, in particular ion exchange membranes, structured in thickness, wherein a membrane is irradiated and contacted with a grafting composition, the grafting composition comprising a polymerization inhibitor having a steric hindrance limiting its penetration into the membrane to a surface area having a thickness of at most 10% of the thickness of the membrane.

Le radiogreffage est une technique de production de copolymères, dans laquelle un polymère de base (qui peut être lui-même un homopolymère ou un copolymère) est soumis à un rayonnement de haute énergie destiné à y créer des radicaux réactifs. En association à l'irradiation, le polymère est mis en contact avec une composition comprenant le monomère que l'on désire greffer. Ce monomère va polymériser sur les sites rendus actifs par le rayonnement. Les groupes greffés peuvent alors être transformés en groupes échangeurs d'ions par un traitement complémentaire de fonctionalisation (tel que sulfonation, phosphonation, amination, carboxylation,...). Le rendement de la fonctionnalisation est habituellement très élevé, plus de 80%, de préférence 90% des groupes greffés étant fonctionnalisés en groupes (appelés aussi sites) échangeurs. Le contrôle des paramètres expérimentaux de l'étape de radiogreffage, tels que ceux relatifs à l'irradiation et à la nature de la composition comprenant le monomère a donc un impact direct sur le contrôle de la structuration dans l'épaisseur de la capacité d'échange des membranes obtenues puisque la capacité d'échange est directement liée au nombre de sites /groupes échangeurs. Le rayonnement utilisé pour l'irradiation peut être électromagnétique, tel que des rayons X ou rayons gamma, ou être constitué de particules chargées telles que des électrons. Un rayonnement beta, constitué d'électrons ayant une énergie suffisante, par exemple valant au moins 0,5 MeV, de préférence au moins 1 MeV, peut convenir. D'habitude, il est préférable que l'énergie ne dépasse pas 20 MeV, les énergies comprises entre 1,5 et 10 MeV étant recommandées. Ce rayonnement doit être appliqué sur le polymère de base pendant la durée nécessaire pour obtenir une quantité suffisante de radicaux réactifs. Il en résulte une dose d'irradiation, exprimée en kGy (kilogray), un gray valant 104 erg/gramme. La dose d'irradiation nécessaire dépend de la sensibilité du polymère au rayonnement. Lorsque le polymère de base est de l'ETFE, on a observé que des durées correspondant à des doses comprises entre 20 et 100 kGy conviennent bien. L'irradiation peut être effectuée lorsque le polymère est en contact avec la composition comprenant le monomère. Elle peut également être effectuée préalablement. Dans ce cas le polymère irradié est avantageusement conservé à basse température, en attendant sa mise en contact avec la composition comprenant le monomère. Pour la production de membranes selon l'invention, on recommande d'irradier le polymère de base, déjà mis en oeuvre sous forme de membrane. On recommande également que l'irradiation soit effectuée préalablement à la mise en contact du polymère avec la composition comprenant le monomère.  Radiografting is a technique for producing copolymers in which a base polymer (which may itself be a homopolymer or a copolymer) is subjected to high energy radiation to create reactive radicals therein. In combination with the irradiation, the polymer is brought into contact with a composition comprising the monomer that is to be grafted. This monomer will polymerize on the sites rendered active by the radiation. The grafted groups can then be converted into ion exchange groups by a complementary functionalization treatment (such as sulfonation, phosphonation, amination, carboxylation, etc.). The yield of the functionalization is usually very high, more than 80%, preferably 90% of the graft groups being functionalized in groups (also called sites) exchangers. The control of the experimental parameters of the radiografting step, such as those relating to the irradiation and to the nature of the composition comprising the monomer, therefore has a direct impact on the control of the structuring in the thickness of the capacity of the membrane exchange obtained since the exchange capacity is directly related to the number of sites / interchange groups. The radiation used for the irradiation may be electromagnetic, such as X-rays or gamma rays, or may be charged particles such as electrons. Beta radiation, consisting of electrons having sufficient energy, for example at least 0.5 MeV, preferably at least 1 MeV, may be suitable. Usually, it is preferable that the energy does not exceed 20 MeV, the energies between 1.5 and 10 MeV being recommended. This radiation must be applied to the base polymer for the time necessary to obtain a sufficient amount of reactive radicals. This results in a dose of irradiation, expressed in kGy (kilogray), a gray value of 104 erg / gram. The required irradiation dose depends on the sensitivity of the polymer to the radiation. When the base polymer is ETFE, it has been observed that times corresponding to doses of between 20 and 100 kGy are suitable. Irradiation can be performed when the polymer is in contact with the composition comprising the monomer. It can also be done beforehand. In this case, the irradiated polymer is advantageously kept at a low temperature, while waiting for it to come into contact with the composition comprising the monomer. For the production of membranes according to the invention, it is recommended to irradiate the base polymer, already used in membrane form. It is also recommended that the irradiation be carried out prior to bringing the polymer into contact with the composition comprising the monomer.

Selon l'invention, l'utilisation d'un inhibiteur de polymérisation dans la composition de greffage permet de réduire le greffage en surface. Toutefois dans le cas général l'inhibiteur pénètre également dans la membrane et y exerce ses effets. Le taux de greffage global est alors insuffisant pour pouvoir obtenir des membranes échangeuses d'ions ayant une bonne conductivité ionique. Les inventeurs ont observé que la sélection d'inhibiteurs ayant un encombrement stérique suffisant empêche leur pénétration en profondeur dans la membrane tout en inhibant suffisamment le greffage de la zone superficielle. Selon l'invention, cette zone superficielle représente au plus 10%, avantageusement au plus 5%, de préférence au plus 1% de l'épaisseur de la membrane. La profondeur de pénétration de l'inhibiteur peut être mesurée par toute technique d'analyse permettant de détecter la présence de l'inhibiteur, éventuellement après pelage de la zone superficielle, également réalisé par toute technique connue appropriée. Selon l'invention on considère que l'inhibiteur est absent, à un certain niveau de profondeur, si sa concentration y est au plus égale à un dixième, avantageusement un vingtième, de préférence un cinquantième, particulièrement avantageusement un centième de sa concentration en surface.  According to the invention, the use of a polymerization inhibitor in the grafting composition makes it possible to reduce surface grafting. However in the general case the inhibitor also penetrates the membrane and exerts its effects. The overall grafting rate is then insufficient to obtain ion exchange membranes having good ionic conductivity. The inventors have observed that the selection of inhibitors having a sufficient steric hindrance prevents their penetration deep into the membrane while sufficiently inhibiting the grafting of the superficial zone. According to the invention, this surface area represents at most 10%, advantageously at most 5%, preferably at most 1% of the thickness of the membrane. The depth of penetration of the inhibitor can be measured by any analytical technique making it possible to detect the presence of the inhibitor, possibly after peeling of the superficial zone, also carried out by any appropriate known technique. According to the invention, the inhibitor is considered to be absent, at a certain depth level, if its concentration is at most equal to one tenth, advantageously one twentieth, preferably one fiftieth, particularly preferably one hundredth of its surface concentration. .

L'encombrement stérique nécessaire pour empêcher la pénétration de l'inhibiteur en profondeur dépend de la nature du polymère de base constituant la membrane avant son radiogreffage et de la nature de la composition de greffage, y compris de la présence de solvants qui pénètrent dans la membrane et la gonflent. La détermination de l'inhibiteur possédant l'encombrement stérique idéal devra donc dans certains cas se faire par essais et erreurs.  The steric hindrance necessary to prevent the penetration of the inhibitor in depth depends on the nature of the base polymer constituting the membrane prior to radiografting and the nature of the grafting composition, including the presence of solvents which penetrate the membrane and inflate it. The determination of the inhibitor having the ideal steric hindrance must therefore in certain cases be done by trial and error.

Toutefois, dans un mode d'exécution avantageux du procédé selon l'invention, l'inhibiteur de polymérisation possède un encombrement stérique 35 valant au moins 250À3/molécule. Des inhibiteurs ayant un encombrement stérique compris entre 300 et 350 À3/molécule se sont révélés particulièrement intéressants dans un grand nombre de circonstances.  However, in an advantageous embodiment of the process according to the invention, the polymerization inhibitor has a steric hindrance of at least 250 Å / molecule. Inhibitors having a steric hindrance of between 300 and 350 Å3 / molecule have been found to be particularly useful in a large number of circumstances.

D'autre part, de manière générale, l'utilisation de bleu de méthylène, constitué de chlorhydrate de tétraméthylthionine (C16H18SN3Cl) comme inhibiteur est apparu extrêmement avantageux. On recommande d'utiliser cet inhibiteur dans des concentrations variant de 0,05g/l, de préférence 0,1 g/1 à 0,75g/l, de préférence 0,5g/l.  On the other hand, in general, the use of methylene blue, consisting of tetramethylthionine hydrochloride (C16H18SN3Cl) as inhibitor has appeared extremely advantageous. It is recommended to use this inhibitor in concentrations ranging from 0.05 g / l, preferably 0.1 g / l to 0.75 g / l, preferably 0.5 g / l.

La présence d'inhibiteur de polymérisation dans la composition de greffage présente en outre l'avantage de maintenir l'efficacité de la composition jusqu'à des températures pouvant atteindre 80 C, avantageusement 85 C, idéalement 90 C, ce qui assure des cinétiques de greffage très intéressantes.  The presence of polymerization inhibitor in the grafting composition also has the advantage of maintaining the effectiveness of the composition up to temperatures up to 80 C, advantageously 85 C, ideally 90 C, which ensures kinetics of grafting very interesting.

Selon une variante avantageuse du procédé selon l'invention, la composition de greffage comprend en outre un agent réticulant. Sous l'action de l'agent réticulant, un réseau tridimensionnel se forme au sein de la membrane. Il en résulte une amélioration des propriétés mécaniques, une diminution de la perméabilité à certaines substances mais aussi une meilleure résistance chimique. La nature de l'agent réticulant dépend de la composition chimique de la membrane irradiée et de la nature du monomère greffé. En particulier lorsque le monomère greffé est du styrène et la membrane irradiée est à base de polymère fluoré, on recommande d'utiliser comme agent réticulant du divinylbenzène (DVB) ou du triallylisocyanate (TAIC), voire un mélange des deux. Le DVB est préféré. Dans cette variante, la membrane étant au moins en partie réticulée, l'inhibiteur y pénètre plus difficilement. Toutes autres choses étant égales, il est alors possible d'utiliser un inhibiteur ayant un encombrement stérique plus faible. Dans cette variante, on conseille d'utiliser l'agent réticulant dans une proportion valant au moins 0,5%, de préférence au moins 1% en volume par rapport au monomère greffé. D'habitude on recommande de ne pas dépasser 15%, les valeurs comprises entre 1,5% et 10% étant préférées.  According to an advantageous variant of the process according to the invention, the grafting composition further comprises a crosslinking agent. Under the action of the crosslinking agent, a three-dimensional network is formed within the membrane. This results in an improvement of the mechanical properties, a decrease in the permeability to certain substances but also a better chemical resistance. The nature of the crosslinking agent depends on the chemical composition of the irradiated membrane and the nature of the grafted monomer. In particular, when the grafted monomer is styrene and the irradiated membrane is based on fluoropolymer, it is recommended to use divinylbenzene (DVB) or triallylisocyanate (TAIC) as a crosslinking agent, or a mixture of both. DVB is preferred. In this variant, the membrane is at least partly crosslinked, the inhibitor penetrates more difficultly. All other things being equal, it is then possible to use an inhibitor having a smaller steric hindrance. In this variant, it is advisable to use the crosslinking agent in a proportion of at least 0.5%, preferably at least 1% by volume relative to the grafted monomer. Usually it is recommended not to exceed 15%, values between 1.5% and 10% being preferred.

Selon une autre variante avantageuse du procédé selon l'invention, la composition de greffage comprend également un agent de transfert de chaîne. Cet additif permet d'améliorer encore le contrôle du greffage dans l'épaisseur de la membrane. L'utilisation d'agents de transfert de chaîne de la famille des thiols donne d'excellents résultats. Dans cette famille, certains thiols tels que l'hexanethiol diffusent facilement et permettent d'obtenir un profil de greffage homogène à l'intérieur de la membrane (la surface exceptée). D'autres thiols, à encombrements stériques plus importants tels que le dodécanethiol diffusent plus difficilement et lentement et engendrent des gradients de greffage plus importants, le greffage au centre de la membrane étant plus important que celui dans les zones plus extérieures. Il est préférable d'utiliser les agents de transfert de chaîne en très faible quantité, comprise entre 0, 01%, avantageusement 0,02% et 0,5%, avantageusement 0,25% en volume par rapport au volume total de la composition de greffage.  According to another advantageous variant of the process according to the invention, the grafting composition also comprises a chain transfer agent. This additive makes it possible to further improve graft control in the thickness of the membrane. The use of chain transfer agents of the thiol family gives excellent results. In this family, certain thiols such as hexanethiol diffuse easily and make it possible to obtain a homogeneous grafting profile inside the membrane (the surface excepted). Other thiols with larger steric hindrance such as dodecanethiol diffuse more slowly and with difficulty and give rise to greater grafting gradients, the grafting at the center of the membrane being greater than that in the more external zones. It is preferable to use the chain transfer agents in a very small quantity, of between 0.01%, advantageously 0.02% and 0.5%, advantageously 0.25% by volume relative to the total volume of the composition. grafting.

L'utilisation conjointe d'un inhibiteur de polymérisation, d'un agent réticulant et d'un agent de transfert de chaîne permet de réaliser des membranes greffées ayant un taux de greffage extrêmement faible en surface, de préférence inférieur à 10%, et un profil contrôlé à l'intérieur garantissant en outre un taux de greffage global supérieur à 20%, avantageusement 30%, de préférence 40%, les valeurs. comprises entre 50 et 60% étant spécialement avantageuses. Le taux de greffage est la prise de poids suite au greffage d'une unité de poids de membrane non greffée. Il peut être évalué localement, dans une couche donnée de la membrane, ou globalement, pour toute l'épaisseur. Par surface on entend une zone ayant une épaisseur d'au plus 5u, de préférence l , plus préférentiellement 0,1u. Lorsque les membranes greffées selon l'invention sont fonctionnalisées pour produire des membranes échangeuse d'ions, ces dernières ont peu de sites en surface, sur une profondeur de quelques couches moléculaires. L'extrême finesse de cette couche superficielle et l'excellent contrôle du profil de greffage en profondeur, obtenus selon l'invention, maintiennent d'excellentes propriétés électriques et en particulier une bonne conductivité ionique globale.  The joint use of a polymerization inhibitor, a crosslinking agent and a chain transfer agent makes it possible to produce grafted membranes having an extremely low surface grafting rate, preferably less than 10%, and a controlled profile inside ensuring further an overall grafting rate greater than 20%, preferably 30%, preferably 40%, the values. between 50 and 60% being especially advantageous. The grafting rate is the weight gain following the grafting of an ungrafted membrane weight unit. It can be evaluated locally, in a given layer of the membrane, or globally, for the entire thickness. By surface is meant a zone having a thickness of at most 5u, preferably 1, more preferably 0.1u. When the grafted membranes according to the invention are functionalized to produce ion exchange membranes, the latter have few sites on the surface, to a depth of a few molecular layers. The extreme fineness of this superficial layer and the excellent control of the depth grafting profile, obtained according to the invention, maintain excellent electrical properties and in particular good overall ionic conductivity.

Dans le procédé selon l'invention, on exploite les propriétés diffusantes de certains additifs de polymérisation particuliers. L'évolution du taux de greffage, depuis la surface jusqu'au coeur de la membrane y est en conséquence continue, ce qui présente de nombreux avantages, en particulier lorsque les membranes greffées sont fonctionnalisées en membranes échangeuses d'ions. Afin d'exploiter au mieux cette situation, dans un mode d'exécution recommandé du procédé selon l'invention, la membrane est une membrane monocouche. Par membrane monocouche, on entend une membrane ne présentant pas d'interface dans son épaisseur. Une telle membrane se distingue donc des membranes multicouches, qui résultent de la superposition de deux ou plusieurs fines membranes ou de recouvrements successifs d'une membrane par des couches extérieures additionnelles. Une membrane monocouche présente une évolution continue, dans le sens de l'épaisseur, de ses principaux paramètres macroscopiques matériels, tels que sa densité, sa conductivité ionique ou ses propriétés mécaniques. L'absence d'interfaces et de discontinuités dans une membrane monocouche traitée par le procédé selon l'invention présente de nombreux avantages, tels par exemple qu'une meilleure conductivité ionique, l'absence de risque de délamination, moins de tensions internes et donc moins de déformations à l'usage.  In the process according to the invention, the diffusing properties of certain particular polymerization additives are exploited. The evolution of the grafting rate, from the surface to the core of the membrane is consequently continuous, which has numerous advantages, in particular when the grafted membranes are functionalized as ion exchange membranes. In order to best exploit this situation, in a preferred embodiment of the method according to the invention, the membrane is a monolayer membrane. Monolayer membrane means a membrane having no interface in its thickness. Such a membrane is therefore distinguished from multilayer membranes, which result from the superposition of two or more fine membranes or successive overlays of a membrane by additional outer layers. A monolayer membrane has a continuous evolution, in the direction of the thickness, of its main material macroscopic parameters, such as its density, its ionic conductivity or its mechanical properties. The absence of interfaces and discontinuities in a monolayer membrane treated by the process according to the invention has many advantages, such as for example a better ionic conductivity, the absence of risk of delamination, less internal tensions and therefore less deformation in use.

Lorsque la membrane est fonctionnalisée en membrane échangeuse d'ions, elle peut être du type cationique ou anionique, selon qu'elle soit sélectivement perméable aux cations ou aux anions, respectivement. Les sites échangeurs d'ions qu'elle comprend peuvent être de différents types connus, tels que par exemple et selon le type de membrane, des groupes carboxyle, sulfonate ou trimethylammonium.  When the membrane is functionalized as an ion exchange membrane, it may be of the cationic or anionic type, depending on whether it is selectively permeable to cations or anions, respectively. The ion exchange sites that it comprises may be of various known types, such as, for example and depending on the type of membrane, carboxyl, sulfonate or trimethylammonium groups.

Dans le cas d'une membrane cationique obtenue par le procédé selon l'invention, comprenant des sites échangeurs d'ions de type sulfonate, la faible densité ou de préférence l'absence de sites échangeurs en zone superficielle peut être très rapidement et facilement mise en évidence en mettant la surface de la membrane en contact avec du bleu de méthylène (Chlorhydrate de tétraméthylthionine - Cl 6111 8SN3C1). Ce colorant possède un poids moléculaire important qui réduit sa pénétration à l'intérieur de la membrane. Dans le cas de membranes obtenues selon l'invention, le bleu de méthylène n'est pas fixé au contact avec les groupes sulfonates en surface et donne aucune coloration bleue. En comparaison, les membranes obtenues sans inhibiteur de polymérisation fixent le bleu de méthylène et prennent une couleur bleu intense. Un test analogue utilisant du Rouge Congo permet de mettre en évidence l'absence de sites échangeurs ammonium quaternaire sur les membranes échangeuses d'anions obtenues selon l'invention.  In the case of a cationic membrane obtained by the process according to the invention, comprising sulfonate ion exchange sites, the low density or preferably the absence of exchange sites in the superficial zone can be very quickly and easily put into operation. highlighted by contacting the surface of the membrane with methylene blue (tetramethylthionine hydrochloride - Cl 6111 8SN3C1). This dye has a high molecular weight which reduces its penetration inside the membrane. In the case of membranes obtained according to the invention, the methylene blue is not fixed in contact with the sulfonate groups on the surface and gives no blue coloration. In comparison, the membranes obtained without a polymerization inhibitor fix the methylene blue and take an intense blue color. An analogous test using Congo Red makes it possible to demonstrate the absence of quaternary ammonium exchange sites on the anion exchange membranes obtained according to the invention.

Dans la membrane selon l'invention, les sites échangeurs d'ions, par exemple des groupes carboxyle, sulfonate ou trimethylammonium, sont liés de manière covalente à un polymère de base. Ce polymère doit assurer notamment la tenue mécanique de la membrane, sa stabilité dimensionnelle et posséder la résistance chimique nécessaire adaptée au milieu dans lequel elle est en fonctionnement. De nombreux polymères de base peuvent être utilisés avec succès dans le procédé selon l'invention. Il en est ainsi, à titre d'exemple, É des polymères fluorés tels que le polytétrafluoroéthylène (PTFE), le polyfluorure de vinylidène (PVDF), le poly(éthylène-propylène) perfluoré (FEP) et les copolymères éthylène polytétrafluoroéthylène (ETFE) ; É des polyoléfines (polyéthylène et polypropylène) ; É des polyamides.  In the membrane according to the invention, the ion exchange sites, for example carboxyl, sulfonate or trimethylammonium groups, are covalently bound to a base polymer. This polymer must ensure in particular the mechanical strength of the membrane, its dimensional stability and have the necessary chemical resistance adapted to the medium in which it is operating. Many basic polymers can be used successfully in the process according to the invention. Examples of this are fluorinated polymers such as polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVDF), perfluorinated poly (ethylene-propylene) (FEP) and ethylene polytetrafluoroethylene (ETFE) copolymers. ; Polyolefins (polyethylene and polypropylene); É polyamides.

Selon une variante préférée du procédé selon l'invention, le polymère de base comprend un polymère fluoré. De préférence il est constitué d'un polymère fluoré. Dans cette variante on obtient des membranes hydrophobes et antiadhérentes, les propriétés surfaciques du polymère de base étant préservées par le procédé selon l'invention.  According to a preferred variant of the process according to the invention, the base polymer comprises a fluoropolymer. Preferably it consists of a fluoropolymer. In this variant, hydrophobic and antiadhesive membranes are obtained, the surface properties of the base polymer being preserved by the process according to the invention.

Pour obtenir une membrane, le polymère de base est mis en oeuvre par tout moyen adapté à l'épaisseur et aux dimensions de la membrane à obtenir ainsi qu'à la précision nécessaire de ces dernières. Pour des membranes de dimensions réduites et ayant une épaisseur importante de grande précision, les techniques d'injection peuvent être intéressantes. Le plus souvent, le polymère est mis en oeuvre par extrusion ou calandrage. Les sites échangeurs d'ions peuvent être liés au polymère de base avant ou après sa mise en oeuvre sous forme de membrane. On préfère qu'ils soient liés au polymère de base après sa mise en oeuvre sous forme de membrane.  To obtain a membrane, the base polymer is implemented by any means adapted to the thickness and dimensions of the membrane to be obtained and to the necessary accuracy of the latter. For membranes of small dimensions and having a large thickness of high precision, the injection techniques can be interesting. Most often, the polymer is used by extrusion or calendering. The ion exchange sites can be bonded to the base polymer before or after its implementation as a membrane. It is preferred that they be bonded to the base polymer after it has been used as a membrane.

Lorsque la membrane irradiée est mise en contact avec la composition comprenant le monomère, le greffage procède par progression d'un front depuis la surface vers l'intérieur. Sans vouloir être liés par une explication technique, les inventeurs estiment que le contrôle du mécanisme de progression du front permet d'améliorer la structuration de la membrane dans son épaisseur et en particulier d'obtenir un excellent contrôle du taux de greffage. Dans certaines circonstances, la cinétique de progression du front est telle qu'il est possible d'optimiser la structuration de la membrane en variant au cours du temps la composition comprenant le monomère.  When the irradiated membrane is brought into contact with the composition comprising the monomer, grafting proceeds by progressing a front from the surface towards the inside. Without wishing to be bound by a technical explanation, the inventors believe that the control of the forehead progression mechanism makes it possible to improve the structure of the membrane in its thickness and in particular to obtain excellent control of the grafting rate. In certain circumstances, the progression kinetics of the forehead is such that it is possible to optimize the structuring of the membrane by varying over time the composition comprising the monomer.

En conséquence, dans une variante particulièrement avantageuse du procédé selon l'invention, la membrane irradiée est mise en contact successivement avec au moins deux compositions de greffage, au moins une composition de greffage mise en contact antérieurement avec la membrane possédant une teneur en au moins un additif de polymérisation supérieure à celle d'au moins une composition de greffage mis en contact postérieurement, l'additif de polymérisation étant un agent de transfert de chaîne et/ou un inhibiteur et/ou un agent de réticulation. L'additif de polymérisation étant présent en plus grande quantité au début du greffage, il affecte préférentiellement les couches extérieures de la membrane. Par exemple lorsque l'agent réticulant est présent principalement au début du greffage, il est possible d'obtenir une membrane qui est plus réticulée dans ses zones superficielles relativement à ses couches intérieures.  Consequently, in a particularly advantageous variant of the process according to the invention, the irradiated membrane is contacted successively with at least two grafting compositions, at least one grafting composition contacted previously with the membrane having a content of at least a polymerization additive greater than that of at least one grafting composition subsequently contacted, the polymerization additive being a chain transfer agent and / or an inhibitor and / or a crosslinking agent. The polymerization additive being present in greater quantity at the beginning of the grafting, it preferentially affects the outer layers of the membrane. For example, when the crosslinking agent is present mainly at the beginning of the grafting, it is possible to obtain a membrane which is more reticulated in its surface areas relative to its inner layers.

Dans cette variante, il est également possible de produire des membranes ayant un taux de greffage très faible en surface, inférieur à 10%, de préférence inférieur à 1% tout en étant fortement greffées en profondeur, le taux de greffage maximum y dépassant 40%, de préférence 50%. A cette fin, la membrane est d'abord mise en contact avec une composition de greffage contenant suffisamment d'inhibiteur de polymérisation et d'agent de transfert de chaîne pour limiter le greffage en surface. Ensuite, la membrane est mise en contact avec une seconde composition de greffage dans laquelle ces additifs sont suffisamment absents pour obtenir un greffage important lorsque le front de greffage atteint les couches intérieures de la membrane. Les teneurs précises des compositions de greffage en ces additifs seront à déterminer au cas par cas par l'homme du métier en fonction du polymère de base et du monomère à greffer.  In this variant, it is also possible to produce membranes having a very low surface grafting rate of less than 10%, preferably less than 1%, while being highly grafted in depth, the maximum grafting rate exceeding 40%. preferably 50%. For this purpose, the membrane is first contacted with a graft composition containing sufficient polymerization inhibitor and chain transfer agent to limit surface grafting. Next, the membrane is brought into contact with a second grafting composition in which these additives are sufficiently absent to obtain a large grafting when the grafting front reaches the inner layers of the membrane. The precise contents of the grafting compositions in these additives will be determined case by case by the skilled person depending on the base polymer and the monomer to be grafted.

Les membranes échangeuses d'ions ayant un polymère de base fluoré, obtenues au départ de telles membranes très faiblement greffées en surface, possèdent en conséquence une forte concentration de fluor en surface tout en étant fortement greffées en profondeur. Elles présentent également un profil avantageux de réticulation, les zones superficielles étant plus réticulées que les zones internes. Ces membranes son particulièrement résistantes chimiquement et notamment se salissent fort peu. Elles sont spécialement utiles en électrodialyse, par exemple pour le traitement du vin.  The ion exchange membranes having a fluorinated base polymer, obtained from such very weakly surface-grafted membranes, consequently have a high concentration of fluorine at the surface while being strongly grafted at depth. They also have an advantageous crosslinking profile, the surface areas being more crosslinked than the internal zones. These membranes are particularly chemically resistant and especially dirty very little. They are especially useful in electrodialysis, for example for the treatment of wine.

Les monomères compris dans les compositions de greffage peuvent être différents ou identiques. Lorsqu'ils sont différents, la membrane présentera dans son épaisseur une structuration de sa composition chimique. Cette structuration spatiale dans l'épaisseur sera fonction de la variation temporelle des compositions de greffage, le monomère compris dans la composition de greffage mise en contact ultérieurement avec la membrane étant greffé dans des couches plus extérieures de la membrane par rapport au monomère compris dans les compositions mises en contact précédemment. Lorsque les compositions de greffage comprennent plusieurs monomères, et lorsque la membrane est mise en contact avec un plus grand nombre de compositions de greffage différentes, il est possible de varier progressivement la teneur des différentes compositions de greffage en les monomères et d'obtenir une membrane présentant dans l'épaisseur un gradient de composition chimique d'autant plus continu que la teneur des différentes compositions de greffage est variée progressivement.  The monomers included in the grafting compositions may be different or identical. When they are different, the membrane will have in its thickness a structuring of its chemical composition. This spatial structuring in the thickness will be a function of the temporal variation of the grafting compositions, the monomer included in the grafting composition subsequently contacted with the membrane being grafted into the outermost layers of the membrane with respect to the monomer included in the grafting compositions. compositions contacted previously. When the grafting compositions comprise several monomers, and when the membrane is brought into contact with a greater number of different grafting compositions, it is possible to gradually vary the content of the various grafting compositions in the monomers and to obtain a membrane presenting in the thickness a chemical composition gradient which is all the more continuous as the content of the various graft compositions is progressively varied.

Dans un mode d'exécution recommandé du procédé selon l'invention, au moins une composition de greffage mise en contact ultérieurement avec la membrane comprend un monomère barrière absent d'au moins une composition mise en contact antérieurement. Par monomère barrière, on entend un monomère qui, lorsqu'il est présent dans la composition de greffage, donne lieu à une membrane greffée présentant une perméabilité inférieure à celle qu'elle aurait en l'absence du monomère barrière dans la composition de greffage. Dans le procédé selon l'invention, la perméabilité considérée est la perméabilité au fluide avec lequel la membrane est mise en contact lorsqu'elle est en fonction.  In a preferred embodiment of the process according to the invention, at least one grafting composition subsequently contacted with the membrane comprises a barrier monomer that is absent from at least one composition contacted previously. By barrier monomer is meant a monomer which, when present in the grafting composition, gives rise to a grafted membrane having a lower permeability than it would have in the absence of the barrier monomer in the grafting composition. In the process according to the invention, the permeability considered is the fluid permeability with which the membrane is brought into contact when it is in operation.

Bien que les compositions de greffage puissent être à l'état gazeux, voire plasma, dans les variantes du procédé selon l'invention dans lesquelles la composition de greffage est variée au cours du temps, on recommande que les compositions de greffage soient à l'état liquide et que la mise en contact soit réalisée par immersion de la membrane dans au moins deux bains différents. La composition des bains peut être constante dans le temps, auquel cas la membrane est mise successivement en contact avec au moins deux bains distincts. La mise en contact peut dans ce cas être discontinue, l'ensemble de la quantité de membrane produite se trouvant à un moment donné dans un bain donné (mode batch ) ou continue, différentes parties de la membrane se trouvant dans des bains différents, la membrane étant mobile. La composition des bains peut aussi évoluer dans le temps, par addition voire suppression de certains composants. Dans ce cas la membrane peut rester en contact avec un bain unique.  Although the grafting compositions may be in the gaseous state or even the plasma, in the variants of the process according to the invention in which the grafting composition is varied over time, it is recommended that the grafting compositions be liquid state and that the contacting is performed by immersing the membrane in at least two different baths. The composition of the baths may be constant over time, in which case the membrane is successively contacted with at least two separate baths. The contacting can in this case be discontinuous, the whole amount of membrane produced being at a given moment in a given bath (batch mode) or continuous, different parts of the membrane being in different baths, the membrane being mobile. The composition of the baths can also change over time, by addition or even removal of certain components. In this case the membrane can remain in contact with a single bath.

Dans le procédé selon l'invention, on peut utiliser toute composition de greffage adaptée à la membrane que l'on désire produire. En particulier, dans le cas où on désire obtenir des membranes échangeuses d'ions, la composition de greffage dépend de la nature, cationique ou anionique, de la membrane recherchée. Les compositions de greffage comprennent avantageusement du chloromethylstyrène (membranes anioniques) ou du styrène (membranes cationiques). De bons résultats peuvent également être obtenus avec des fluorostyrènes, éventuellement substitués. A titre d'exemple de fluorostyrènes, on peut citer les a fluorostyrène, a, 13difluorostyrène, a, 13, f3-trifluorostyrène et les fluoronaphtylènes correspondants. Par fluorostyrène substitué on entend un fluorostyrène ayant un substituant dans l'anneau aromatique.  In the process according to the invention, it is possible to use any grafting composition adapted to the membrane that it is desired to produce. In particular, in the case where it is desired to obtain ion exchange membranes, the grafting composition depends on the cationic or anionic nature of the desired membrane. The grafting compositions advantageously comprise chloromethylstyrene (anionic membranes) or styrene (cationic membranes). Good results can also be obtained with fluorostyrenes, optionally substituted. By way of example of fluorostyrenes, there may be mentioned fluorostyrene, α, β-difluorostyrene, α, β, β-trifluorostyrene and the corresponding fluoronaphthylenes. By substituted fluorostyrene is meant a fluorostyrene having a substituent in the aromatic ring.

Le procédé selon l'invention est particulièrement adapté à la production de membranes échangeuses d'ions ayant une faible densité de sites échangeurs en surface.  The process according to the invention is particularly suitable for the production of ion exchange membranes having a low density of surface exchange sites.

- 10 - Ces membranes possèdent un excellent compromis entre leur résistance à l'encrassement et une conductivité ionique suffisante.  These membranes have an excellent compromise between their resistance to fouling and sufficient ionic conductivity.

En conséquence l'invention concerne également l'utilisation des membranes échangeuses d'ions obtenues par le procédé selon l'invention en électrodialyse, en particulier pour le traitement de fluides tels que l'eau ou avantageusement le vin.  Accordingly the invention also relates to the use of ion exchange membranes obtained by the method according to the invention in electrodialysis, in particular for the treatment of fluids such as water or preferably wine.

D'autre part, on a observé que de manière générale, les membranes radiogreffées obtenues par le procédé selon l'invention, probablement grâce à leur faible greffage en surface, ont une imperméabilité améliorée à certains fluides -en particulier aux alcools, tout particulièrement au méthanol-, lorsqu'on les compare à des membranes analogues greffées plus fortement en surface. Cette imperméabilité améliorée les rend avantageuses dans les piles à combustibles, plus spécialement dans les piles fonctionnant directement au méthanol, sans conversion préalable du méthanol en hydrogène. En effet, dans ces piles, appelées Direct Methanol Fuel Cells DMFC, les réactions suivantes se produisent aux électrodes: A la cathode: 02+4H+ +4 e' 2H20 A l'anode: CH3OH + H2O * CO2 +6H+ +6é La membrane utilisée comme séparateur dans une telle pile à combustible doit répondre à des exigences spécifiques et strictes, car ses propriétés physico-chimiques influencent considérablement les performances de la pile. En particulier, des paramètres importants en sont la conductivité protonique et l'imperméabilité au combustible, en l'occurrence le méthanol.  On the other hand, it has been observed that, in general, the radiografted membranes obtained by the process according to the invention, probably due to their low surface grafting, have improved impermeability to certain fluids, in particular to alcohols, particularly methanol-when compared to analogous membranes grafted more strongly on the surface. This improved impermeability makes them advantageous in fuel cells, especially in batteries operating directly with methanol, without prior conversion of methanol into hydrogen. In fact, in these cells, called Direct Methanol Fuel Cells DMFC, the following reactions occur at the electrodes: At the cathode: 02 + 4H + +4 e '2H20 At the anode: CH3OH + H2O * CO2 + 6H + + 6e The membrane used as a separator in such a fuel cell must meet specific and strict requirements, because its physicochemical properties significantly influence the performance of the battery. In particular, important parameters are the proton conductivity and the impermeability to fuel, in this case methanol.

L'invention concerne donc aussi l'utilisation des membranes échangeuses d'ions obtenues par le procédé selon l'invention dans les piles à combustible, en particulier dans les piles à combustible fonctionnant au méthanol telles que les DMFC.  The invention therefore also relates to the use of the ion exchange membranes obtained by the process according to the invention in fuel cells, in particular in fuel cells operating with methanol such as DMFCs.

Les exemples qui suivent servent à illustrer l'invention.  The following examples serve to illustrate the invention.

Dans ces exemples, on a procédé de la manière suivante.  In these examples, the procedure was as follows.

L'irradiation des membranes a été effectuée en présence d'air sous un faisceau d'électrons à une tension de 1,5 MeV et à un débit de dose de 10 kGy/s. La dose déposée dans le film est de 20 à 100 kGy. Les membranes irradiées ont été conservées à une température inférieure ou égale à 18 C jusqu'à leur utilisation. A -18 C les membranes irradiées peuvent être conservées pendant 12 mois avec une très faible perte de réactivité.  Irradiation of the membranes was performed in the presence of air under an electron beam at a voltage of 1.5 MeV and at a dose rate of 10 kGy / s. The dose deposited in the film is 20 to 100 kGy. The irradiated membranes were stored at a temperature of less than or equal to 18 C until they were used. At -18 C irradiated membranes can be stored for 12 months with very little loss of reactivity.

Les monomères et plus particulièrement ceux contenant des quantités importantes de stabilisants comme le divinylbenzène (DVB) et le chlorométhylstyrène (CMS) ont été déstabilisés par lavage en milieu aqueux basique NaOH 0,1 M puis rincés jusqu'à pH neutre avec de l'eau déminéralisée en ampoule à décanter. Les monomères déstabilisés ont été conservés à -18 C jusqu'à leur utilisation.  The monomers and more particularly those containing significant amounts of stabilizers such as divinylbenzene (DVB) and chloromethylstyrene (CMS) were destabilized by washing in a basic aqueous medium NaOH 0.1 M and then rinsed to neutral pH with water demineralized in a separating funnel. The destabilized monomers were stored at -18 C until used.

La conductivité ionique, la teneur en eau et la capacité d'échange des membranes obtenues ont été mesurées suivant la norme française AFNOR NF X45-200 décembre 1995.  The ionic conductivity, the water content and the exchange capacity of the membranes obtained were measured according to the French standard AFNOR NF X45-200 December 1995.

La perméabilité au méthanol a été mesurée à pression ambiante en introduisant-la membrane étudiée dans une cellule de mesure de section 8,55 cm2. La membrane délimitait deux compartiments de 10 ml. Une des faces de la membrane était exposée à une solution molaire de méthanol continuellement renouvelée à un débit constant de 24 ml/h. Le second compartiment était balayé par de l'hélium à un débit de 400 ml/min. La cellule de mesure était maintenue à 25 C. Les vapeurs entraînées ont été condensées dans deux pièges consécutifs contenant de l'acétone à 2 C. L'analyse du condensat a été effectuée par chromatographie gazeuse. Dans les mêmes conditions de mesure la membrane Nafion 117 d'épaisseur sèche 1751.im utilisée comme référence avait une perméabilité au méthanol de 1215 g/m2j et de 11230 g/m2j en eau pour une résistance électrique (NaCl 10g/l) de 2,4 Ohm.cm2 et la membrane Nafion 112 d'épaisseur sèche 45 m une perméabilité au méthanol de 1770 g/m2j pour une résistance électrique de 1,0 Ohm.cm2.  The permeability to methanol was measured at ambient pressure by introducing the studied membrane into a measurement cell of section 8.55 cm 2. The membrane delimited two compartments of 10 ml. One of the faces of the membrane was exposed to a molar solution of methanol continuously renewed at a constant rate of 24 ml / h. The second compartment was flushed with helium at a flow rate of 400 ml / min. The measuring cell was maintained at 25 ° C. The entrained vapors were condensed in two consecutive traps containing acetone at 2 ° C. Condensate analysis was performed by gas chromatography. Under the same measurement conditions, the Nafion 117 membrane with a dry thickness of 1751.im used as a reference had a methanol permeability of 1215 g / m 2 and 11230 g / m 2 in water for an electrical resistance (NaCl 10 g / l) of 2 , 4 Ohm.cm2 and the Nafion 112 membrane of dry thickness 45 m a methanol permeability of 1770 g / m2j for an electrical resistance of 1.0 Ohm.cm2.

L'angle de contact a été mesuré en eau et en di-iodométhane (appareil de mesure G2 de Kruss).  The contact angle was measured in water and di-iodomethane (Kruss G2 measuring instrument).

Les profils des concentrations en carbone et fluor et/ou concentration du soufre ont été mesurés par microanalyse X (SEM-EDX) sur une coupe de la membrane obtenue par découpe au microtome cryogénique. La section del'échantillon est obtenue par lissage ultramicrotomique à température ambiante.  The profiles of carbon and fluorine concentrations and / or concentration of sulfur were measured by microanalysis X (SEM-EDX) on a section of the membrane obtained by cutting with a cryogenic microtome. The sample section is obtained by ultramicrotomic smoothing at room temperature.

Elle est ensuite recouverte par pulvérisation cathodique d'une mince couche conductrice à base d'un alliage platine/palladium. L'examen est réalisé à l'aide d'un microscope électronique à balayage à effet de champ (FEG-SEM) de marque LEO 982, équipé d'un système de microanalyse X ISIS 300 d'Oxford Instruments. L'énergie des électrons utilisée est de 20 keV. Pour mesurer un profil de concentration, on collecte point par point les signaux X des éléments à suivre (soufre, fluor, éventuellement carbone et oxygène), émis suite à - 12 - l'incidence des électrons le long d'une ligne choisie parallèlement à l'épaisseur de la membrane, le déplacement se faisant par déflexion du faisceau d'électrons à l'aide des bobines utilisées pour l'imagerie. La concentration des éléments dont le profil est mesuré est proportionnelle à l'intensité du signal X mesuré.  It is then sputtered with a thin conductive layer based on a platinum / palladium alloy. The examination is performed using a LEO 982 brand Field Effect Scanning Electron Microscope (FEG-SEM) equipped with an Oxford Instruments ISIS 300 X Microanalysis System. The electron energy used is 20 keV. To measure a concentration profile, the X signals of the elements to be monitored (sulfur, fluorine, possibly carbon and oxygen), emitted following the electron incidence along a line chosen in parallel with each other, are collected point by point. the thickness of the membrane, the displacement being effected by deflection of the electron beam using the coils used for imaging. The concentration of the elements whose profile is measured is proportional to the intensity of the signal X measured.

La présence et l'accessibilité des sites sulfonates à la surface de la membrane a été évaluée par immersion des échantillons pendant 1 minute dans une solution aqueuse à 5 g/1 de bleu de méthylène puis mesure des coordonnées L*a*b* en transmission avec illuminant D65 et un angle d'observation de 10 . Exemple 1 Une solution de greffage contenant 30 % en volume de styrène non déstabilisé et 70 % d'éthanol comprenant 0,1 g/1 de bleu de méthylène a été préparée. A cette solution ont été ajoutés 3, 15 % en volume de divinylbenzene pur par rapport au volume du styrène utilisé et 0,055 % en volume de 1-dodecanethiol par rapport au volume total de la solution de greffage. Une membrane ETFE irradiée à une dose de 60 kGy a été introduite dans la solution de greffage et l'ensemble a été purgé à l'azote jusqu'à obtenir une concentration en oxygène inférieure à 100 ppm dans le ciel du réacteur.  The presence and accessibility of the sulphonate sites on the membrane surface was evaluated by immersing the samples for 1 minute in a 5 g / l aqueous solution of methylene blue and then measuring the L * a * b * coordinates in transmission. with illuminant D65 and an observation angle of 10. Example 1 A grafting solution containing 30% by volume of non-destabilized styrene and 70% of ethanol comprising 0.1 g / l of methylene blue was prepared. To this solution was added 3, 15% by volume of pure divinylbenzene based on the volume of styrene used and 0.055% by volume of 1-dodecanethiol relative to the total volume of the grafting solution. An ETFE membrane irradiated at a dose of 60 kGy was introduced into the grafting solution and the assembly was purged with nitrogen until an oxygen concentration of less than 100 ppm in the reactor air was obtained.

La solution de greffage a été portée à une température de 80 C pendant 16 heures. Le taux de greffage obtenu a été de 47 %. Le styrène greffé dans l'échantillon a ensuite été sulfoné pendant 12 heures à température ambiante dans une solution de 1,2-dichloroethane (DCE) contenant 6 % en poids d'acide chlorosulfonique. La membrane a été rincée dans du DCE puis dans de l'éthanol pendant 1 heure. Les sites sulfonates ont finalement été obtenus par hydrolyse des sites chlorosulfonyles dans une solution aqueuse 0,1 M à 60 C pendant 16 heures. Le profil de la répartition du soufre dans l'épaisseur du film greffé a montré que le greffage avait pénétré jusqu'au coeur du film et comportait une zone moins greffée en surface (Figure 1).  The grafting solution was brought to a temperature of 80 C for 16 hours. The grafting rate obtained was 47%. The styrene grafted in the sample was then sulphonated for 12 hours at room temperature in a solution of 1,2-dichloroethane (DCE) containing 6% by weight of chlorosulfonic acid. The membrane was rinsed in DCE and then in ethanol for 1 hour. The sulfonate sites were finally obtained by hydrolysis of the chlorosulfonyl sites in a 0.1 M aqueous solution at 60 ° C. for 16 hours. The profile of the distribution of sulfur in the thickness of the grafted film showed that the graft penetrated to the heart of the film and had a less grafted surface area (Figure 1).

- 13 - Figure 1: Profil de la concentration en S,C,F sur épaisseur de la membrane Mesurée dans une solution aqueuse à 10 g/1 de NaCl, la membrane a une résistance de 1,8 û.cm2. La teneur en eau est comprise entre 34,4 et 36 % et la capacité d'échange entre 2,17 et 2,19 meq/g. Les résultats de test au bleu de méthylène indiquent une faible concentration de sites en surface (L:74,5; a:41,9; b:26,5) et l'angle de contact (86 en eau et 57 en di-iodométhane) indiquent une faible mouillabilité.  Figure 1: Profile of the concentration of S, C, F on membrane thickness Measured in an aqueous solution at 10 g / l NaCl, the membrane has a resistance of 1.8 μCm2. The water content is between 34.4 and 36% and the exchange capacity between 2.17 and 2.19 meq / g. The methylene blue test results indicate a low concentration of surface sites (L: 74.5, a: 41.9, b: 26.5) and the contact angle (86 in water and 57 in diameter). iodomethane) indicate low wettability.

Exemple 2Example 2

Une solution de greffage contenant 20 % en volume de styrène non déstabilisé et 80 % d'éthanol à 0,3 g/1 de bleu de méthylène a été préparée. A cette solution ont été ajoutés 4 % en volume de divinylbenzene pur par rapport au volume du styrène utilisé et 0,050 % en volume de 1-dodecanethiol par rapport au volume total de la solution de greffage. Une membrane ETFE irradiée à une dose de 60 kGy a été introduite dans la solution de greffage et l'ensemble a été purgé à l'azote jusqu'à obtenir une concentration en oxygène < 100 ppm dans le ciel du réacteur. La solution de greffage a été portée à une température de 80 C pendant 6 heures. Le taux de greffage obtenu est de 35 à 40 %. La membrane a été ensuite traitée comme dans l'exemple 1. Le profil sur l'épaisseur de la membrane, du signal du carbone et du fluor et du soufre a montré que le greffage avait pénétré jusqu'au coeur du film et comportait une gradient de greffage en profondeur du film (Figure 3).  A grafting solution containing 20% by volume non-destabilized styrene and 80% ethanol at 0.3 g / l methylene blue was prepared. To this solution was added 4% by volume of pure divinylbenzene based on the volume of styrene used and 0.050% by volume of 1-dodecanethiol relative to the total volume of the grafting solution. An ETFE membrane irradiated at a dose of 60 kGy was introduced into the grafting solution and the whole was purged with nitrogen until an oxygen concentration <100 ppm in the reactor air was obtained. The grafting solution was brought to a temperature of 80 C for 6 hours. The grafting rate obtained is 35 to 40%. The membrane was then treated as in Example 1. The profile on the thickness of the membrane, the signal of carbon and fluorine and sulfur showed that the graft had penetrated to the heart of the film and had a gradient grafting depth of the film (Figure 3).

Figure 2: Profil S, C, F dans l'épaisseur de la membrane.  Figure 2: S, C, F profile in the thickness of the membrane.

Mesurée dans une solution aqueuse à 10 g/1 de NaCl la membrane a une résistance de 3,5 S2.cm2. La teneur en eau est de 30 % et la capacité d'échange de 1,8 meq/g. Le résultat de test au bleu de méthylène indiquait une faible concentration de sites en surface. La perméabilité au méthanol était de 566 g/m2j et la perméabilité à l'eau de 14370 g/m2j.  Measured in an aqueous solution containing 10 g / l of NaCl, the membrane has a resistance of 3.5 S 2 cm 2. The water content is 30% and the exchange capacity 1.8 meq / g. The methylene blue test result indicated a low concentration of surface sites. The permeability to methanol was 566 g / m 2 and the water permeability was 14370 g / m 2.

Exemple 3Example 3

Une membrane de 100 m irradiée à 100 kGy a été immergée dans une solution de greffage contenant en volume 20% de CMS déstabilisé, 80 % d'éthanol à 0,3 g/1 de bleu de méthylène. A cette solution a été. ajouté un volume. de DVB pur correspondant à 2,4 % du volume du CMS. Après déoxygénation, le réacteur de greffage a été porté à 75 C pendant 16 heures. Le taux de greffage obtenu était de 48,8 %. Après amination dans une solution de triméthylamine à 45 % dans l'eau puis équilibrage dans une solution NaCl 10 g/1 pendant 24 heures, la résistance de la membrane était comprise entre 3,6 et 4,7 acm2. La membrane immergée pendant une minute dans une solution aqueuse de Rouge Congo ne se colorait pas confirmant l'absence de sites amines quaternaires en surface.  A 100 m membrane irradiated at 100 kGy was immersed in a grafting solution containing, by volume, 20% of destabilized CMS, 80% of ethanol containing 0.3 g / l of methylene blue. To this solution was. added a volume. pure DVB corresponding to 2.4% of the CMS volume. After deoxygenation, the grafting reactor was heated to 75 ° C. for 16 hours. The grafting rate obtained was 48.8%. After amination in a solution of 45% trimethylamine in water and then equilibrated in NaCl solution 10 g / l for 24 hours, the resistance of the membrane was between 3.6 and 4.7 g / cm 2. The membrane immersed for one minute in an aqueous solution of Congo red did not stain confirming the absence of quaternary amine sites on the surface.

Exemple 4Example 4

Une solution de greffage contenant 30 % en volume de styrène non déstabilisé et 70 % d'éthanol comprenant 0,1 g/I de bleu de méthylène a été préparée. A cette solution ont été ajoutés 3,15 % en volume de divinylbenzene pur par rapport au volume du styrène utilisé et 0,055 % en volume de 1- dodecanethiol par rapport au volume total de la solution de greffage. Une membrane ETFE irradiée à une dose de 60 kGy a été introduite dans la solution - 15 - de greffage et l'ensemble a été purgé à l'azote jusqu'à obtenir une concentration en oxygène inférieure à 100 ppm dans le ciel du réacteur.  A grafting solution containing 30% by volume non-destabilized styrene and 70% ethanol comprising 0.1 g / I methylene blue was prepared. To this solution was added 3.15% by volume of pure divinylbenzene based on the volume of styrene used and 0.055% by volume of 1-dodecanethiol relative to the total volume of the grafting solution. An ETFE membrane irradiated at a dose of 60 kGy was introduced into the grafting solution and the assembly was purged with nitrogen until an oxygen concentration of less than 100 ppm in the reactor air was obtained.

La solution de greffage a été portée à une température de 80 C pendant 15 heures. Le taux de greffage obtenu a été de 39 %. Le styrène greffé dans l'échantillon a ensuite été sulfoné pendant 12 heures à température ambiante dans une solution de 1,2-dichloroethane (DCE) contenant 6 % en poids d'acide chlorosulfonique. La membrane a été rincée dans du DCE puis dans de l'éthanol pendant 1 heure. Les sites sulfonates ont finalement été obtenus par hydrolyse des sites chlorosulfonyles dans une solution aqueuse 0,1 M à 60 C pendant 16 heures.  The grafting solution was brought to a temperature of 80 C for 15 hours. The grafting rate obtained was 39%. The styrene grafted in the sample was then sulphonated for 12 hours at room temperature in a solution of 1,2-dichloroethane (DCE) containing 6% by weight of chlorosulfonic acid. The membrane was rinsed in DCE and then in ethanol for 1 hour. The sulfonate sites were finally obtained by hydrolysis of the chlorosulfonyl sites in a 0.1 M aqueous solution at 60 ° C. for 16 hours.

Mesurée dans une solution aqueuse à 10 g/1 de NaCl, la membrane a une résistance de 1,4 S2.cm2. La teneur en eau est comprise entre 35 % et la capacité d'échange entre 1,19 meq/g. Les résultats de test au bleu de méthylène indiquent une faible concentration de sites en surface. Cette membrane a une épaisseur sèche de 139 m. La perméabilité au méthanol mesurée en cellule de pervaporation est de 682 g/m2.j à 25 C.  Measured in an aqueous solution containing 10 g / l of NaCl, the membrane has a resistance of 1.4 S 2 cm 2. The water content is between 35% and the exchange capacity between 1.19 meq / g. The methylene blue test results indicate a low concentration of surface sites. This membrane has a dry thickness of 139 m. The methanol permeability measured in the pervaporation cell is 682 g / m 2 at 25 ° C.

Claims (10)

REVENDICATIONS 1. Procédé pour la production de membranes radiogreffées ayant un taux de greffage faible en surface, en particulier de membranes échangeuses d'ions, structurées dans l'épaisseur, selon lequel une membrane est irradiée et est mise en contact avec une composition de greffage, la composition de greffage comprenant un inhibiteur de polymérisation possédant un encombrement stérique limitant sa pénétration dans la membrane à une zone superficielle ayant une épaisseur valant au plus 10% de l'épaisseur de la membrane.  A process for the production of radiografted membranes having a low surface grafting rate, in particular ion exchange membranes, structured in thickness, wherein a membrane is irradiated and contacted with a grafting composition, the graft composition comprising a polymerization inhibitor having a steric hindrance limiting its penetration into the membrane to a surface area having a thickness of at most 10% of the thickness of the membrane. 2. Procédé selon la revendication précédente dans lequel la composition de greffage comprend un agent réticulant.  2. Method according to the preceding claim wherein the grafting composition comprises a crosslinking agent. 3. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel l'inhibiteur de polymérisation a un encombrement stérique valant au moins 300À3.  3. A process according to any one of the preceding claims wherein the polymerization inhibitor has a steric hindrance of at least 300 Å. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel la composition de greffage comprend un agent de transfert de chaîne.  The method of any of the preceding claims wherein the grafting composition comprises a chain transfer agent. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel le polymère de base de la membrane comprend un polymère fluoré.  The process of any of the preceding claims wherein the base polymer of the membrane comprises a fluoropolymer. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel la membrane est une membrane monocouche.  The method of any one of the preceding claims wherein the membrane is a monolayer membrane. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel la membrane irradiée est mise en contact successivement avec au moins deux compositions de greffage, au moins une composition de greffage mise en contact antérieurement avec la membrane possédant une teneur en au moins un additif de polymérisation supérieure à celle d'au moins une composition de greffage mis en contact postérieurement, l'additif de polymérisation étant un agent de transfert de chaîne et/ou un inhibiteur et/ou un agent de réticulation.  7. Process according to any one of the preceding claims, in which the irradiated membrane is put in contact successively with at least two grafting compositions, at least one grafting composition contacted previously with the membrane having a content of at least one additive. greater than that of at least one grafting composition contacted subsequently, the polymerization additive being a chain transfer agent and / or an inhibitor and / or a crosslinking agent. 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel la membrane irradiée est mise en contact successivement avec au moins deux compositions de greffage différentes, au moins une composition de greffage mise en contact ultérieurement avec la membrane comprenant un - 17 - monomère barrière absent d'au moins une composition mise en contact antérieurement.  8. A method according to any one of the preceding claims wherein the irradiated membrane is contacted successively with at least two different grafting compositions, at least one grafting composition subsequently contacted with the membrane comprising a barrier monomer. absent from at least one composition contacted previously. 9. Utilisation en électrodialyse d'une membrane échangeuse d'ions obtenue par un procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8.  9. Use in electrodialysis of an ion exchange membrane obtained by a process according to any one of claims 1 to 8. 10. Utilisation dans les piles à combustible, en particulier dans les piles à combustible fonctionnant au méthanol telles que les DMFC d'une membrane échangeuse d'ions obtenue par un procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8.  10. Use in fuel cells, particularly in methanol fuel cells such as the DMFCs of an ion exchange membrane obtained by a process according to any one of claims 1 to 8.
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