离子交换膜的制备

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1、离子交换膜的制备离子交换膜中的主体组分是树脂相，根据需要还可加入粘结剂、增塑剂、着色剂、防老剂、抗氧化剂、脱膜剂等。按照离子交换膜的主体组分可以将其分为均相膜和异相膜。在均相膜的主体组分中，各成分以分子状态均匀分布，不存在相界面；而异相膜是通过粘结剂把粉状树脂制成片状膜，树脂与粘结剂等组分间存在相界面。为保证离子交换膜的强度和尺寸稳定性，一般还需要网布作为增强材料。一、异相膜的制备异相膜是把粉状树脂与粘结剂混合后制成的片状膜。粘结剂可以采用热塑性的线性聚烯烃及其衍生物，也可以采用聚氯乙烯、聚过氯

2、乙烯、聚乙烯醇等可溶于溶剂的聚合物，还可以采用天然或合成橡胶。根据粘结剂的性能，异相膜的制备方法有以下几种：1.延压和模压法成膜将粉状离子交换树脂和粘结剂及其它辅料混合后通过延压和模压方式成膜。表7-1是典型的异相膜配方。表7-1异相膜配方原料名称阳膜配料%阴膜配料%聚乙烯阳离子交换树脂粉阴离子交换树脂粉聚异丁烯硬脂酸钙酞青蓝2173.704.21.1230705.81.20.1表7-1中的聚乙烯是粘合剂，树脂粉是膜的基体，聚异丁烯起粘合、增柔作用，赋予膜弹性，硬脂酸钙为脱模剂和稳定剂，酞菁蓝是

3、染料，使阴膜带上天蓝色，以区别于阳膜的本色。还可以根据使用要求，适当添加防老剂、抗氧化剂等成分。异相膜制备的工艺流程如下：树脂—→干燥—→过筛—→磨粉—→过筛—→树脂粉配料—→双辊混炼—→拉片—→加网热压—→异相膜将聚乙烯放人双辊混炼机中，在110—120℃下混炼，塑化完全后，加入聚异丁烯进行机械接枝。混合均匀后加入硬脂酸钙，然后加进树脂粉，反复混炼均匀。将其在延压机上拉成所需厚度的膜片。再将两张尼龙网分别覆盖在膜片的上下，送入热压机中，于10.0-15.0MPa压力下热压约45min，即成实用

4、的异相膜。2.溶液型粘合剂法成膜先将线型高聚物粘合剂溶解在溶剂中，制成粘合剂溶液，再将粉状离子交换树脂分散在粘结剂溶液中，浇铸后，将溶剂蒸发掉成膜。3.将粉状离子交换树脂分散在仅部分聚合的成膜聚合物中，浇铸成膜后，再完成聚合过程。由于异相膜树脂与粘结剂仅是机械结合，在使用过程中树脂容易发生脱落。二、半均相膜的制备首先用粘合剂吸浸单体进行聚合，然后导入活性交换基团制成含粘合剂的热塑性离子交换树脂，最后像上述异相膜那样的工艺加工成膜。这种方法可以使离子交换树脂非常均匀地分散在粘合剂中，形成互相缠绕的

5、结构，不易脱落，另一方面，可以省去磨粉工序，简化制膜工艺，而且可以避免粉尘对环境的污染和树脂的损失。图7-5是制备聚氯乙烯半均相膜工艺流程示意图。粒状聚氯乙烯∣二氯乙烷溶胀∣悬浮聚合∣白球┌───┴───┐∣H2SO4∣氯甲醚磺化氯化∣　　　　　　　∣磺酸氯型树脂　　　季铵型树脂　∣NaOH处理　　　∣HCl处理磺酸钠型树脂　　　季铵氯型树脂└───┬───┘混　炼∣拉　片　　　　　　∣加网热压┌─┴─┐阳膜　　阴膜　图7-5制备聚氯乙烯半均相膜工艺流程示意图。三、均相膜的制备均相离子交换膜的制

6、造方法，实际上就是直接使离子交换树脂薄膜化。即使离子交换树脂的合成与成膜工艺相结合。均相膜的制造大致分为四个过程：膜材料的合成反应过程、成膜过程、引入可反应基团、与反应基团发生作用形成荷电基团。均相膜有以下几种制备方法。1.从聚合反应开始制膜例如，可以将苯酚磺酸与苯酚、甲醛先进行部分缩聚反应，然后将其吸浸于多孔支撑材料中或涂布于网布上，再进一步缩聚形成阳离子交换膜。还可以将含有环氧反应基团的料液刮于尼龙网上，上下衬以涤纶纸，在油压机上加热聚合形成基膜，把聚合反应过程、成膜过程、引入反应基团过程三

7、步合成—步，制成的基膜浸入三甲胺溶液，得到甲基丙烯酸环氧丙酯阴膜。2.制成基膜后导入离子交换基团对于含有反应基团的高聚物可以先将其制成基膜后，再经活化反应导入离子交换基团，制成离子交换膜。如含有多羟基的纤维素、聚乙烯醇基膜，都能进行酰化和酯化反应，使离子交换基团直接导人膜内。这类的高聚物材料很多，如聚苯乙烯、聚氯乙烯、氯化聚醚、聚乙烯亚胺、丁苯乳胶、氯醇橡胶等都可以先制成聚合物薄膜，再导入离子交换基团，成为离子交换膜。3.高聚物中导入离子交换基团后再成膜如聚砜或聚醚砜经磺化后制成磺化聚砜和磺化聚

8、醚砜，把磺化后聚醚砜溶于二甲基甲酰胺中，涂于网布上，待溶剂挥发后即成阳膜。四、新型离子交换膜早期的离子交换膜主要用于电渗析和电化学工艺过程中，随着科学研究的深入和技术进步，离子交换膜的种类不断增加的同时，应用领域也在不断扩大。1．双极膜双极膜是一种复合膜，它由具有两种相反电荷的离子交换层紧密相邻或结合而成的新型离子交换膜。在直流电场的作用下，双极膜可以将水离解，在膜两侧分别得到H+和OH-，它可以形成一种新型的膜过程。双极膜已有商品问世。双极膜的制备方法有：将阴膜、阳膜加热、加压使其成型的方法；