多孔非石棉分隔體及其製備方法

2023-05-27 12:33:01 2

專利名稱：：多孔非石棉分隔體及其製備方法
技術領域：
：本發明涉及惰性的不含石棉的隔膜分隔體(diaphragmseparator)。本發明還涉及沉積惰性的不含石棉隔膜分隔體的方法。
背景技術：
：鹼金屬卣化物鹽水例如氯化鈉和氯化鉀鹽水在電解槽中的電解是眾所周知的商用方法。這些鹽水的電解導致產生卣素、氫和水合的金屬氫氧化物。在氯化鈉鹽水的情況下，產生的卣素是氯，而鹼金屬氬氧化物是氫氧化鈉。電解槽典型包含含有陽極的陽極電解液室，和隔開的含有陰極組件的陰極電解液室。陰極組件典型包含陰極和液體可滲透的隔膜，該隔膜將電解槽分隔成陽極電解液室和陰極電解液室。為了使電解槽正確運行，要求隔膜是足夠多孔的以便允許鹽水通過其的液力流動，同時阻止羥基離子由陰極電解液室遷移返回至陽極電解液室。隔膜還應(a)阻止析出的氫氣和氧氣發生混合，並且(b)具有低的電阻，即具有低的IR降。過去，石棉是用於這些氯-鹼電解隔膜槽中的最為常用的隔膜材料。之後，與各種聚合物樹脂特別是氟碳化合物樹脂結合的石棉(所謂的聚合物改性石棉隔膜)已經被用作隔膜材料。由於與空氣傳播石棉纖維相關的健康和環境問題，開發用於氯-鹼電解槽的不含石棉的隔膜是正在進行的研究領域。這樣的隔膜(通性的非石棉纖:質聚;物材料製成。這些材料典型為全*!化的聚合物材料，例如聚四氟乙烯(PTFE)。這些合成隔膜也可含有各種其它改性劑和添加劑，包括無機填料、造孔劑、潤溼劑、離子交換樹脂等。已知用於氯-鹼電解槽的合成隔膜可以通過用無機材料對其進行塗覆和/或浸滲來製備。然而，這些過程通常需要向預先形成的隔膜添加無機材料或塗層，因此，需要附加的處理、設備，並且增加了勞動和成本。因此，希望開發多孔的非石棉分隔體和形成這種分隔體的方法，該分隔體能控制分隔體的滲透性、孔尺寸和彎曲度，由此在氯-鹼電解槽中提供了改良的均勻性、操作效率，以及降低的能耗，而無需另外的設備或處理步驟。發明概述在一個實施方案中，本發明涉及惰性的非石棉分隔體，該分隔體包含無機/聚合物纖條體(fibrid)和團聚體的複合材料，該複合材料包含約5重量％至約70重量％的有機滷碳化物(halocarbon)聚合物纖維以及約30重量％至約95重量％的細粉碎非有機微粒，所述非有機微粒牢固結合在所述複合纖條體和團聚體中；一定量的天然樹膠增稠劑以提供在0,22sec"下為約6270-約590cP的粘度；和惰性無機微粒粉末，其中該惰性無機微粒保持與無機/聚合物纖條體和團聚複合物非結合，該無機微粒粉末具有不大於l.Onm的平均顆粒尺寸並且其存在量使得聚合物纖維與非結合的無機微粒的比例為約1至25。在另一實施方案中，本發明涉及在用於電解槽的多孔結構上形成惰性的非石棉分隔體的方法，該方法包括形成無機/聚合物纖條體和團聚體複合材料的含水漿料，該複合材料含有約5重量％至約70重量%的有機滷碳化物聚合物纖維以及約30重量％至約95重量％的細粉碎非有機微粒，所述非有機微粒牢固結合在所述複合纖條體和團聚體中，並且無機微粒與天然樹膠增稠劑一起存在於該漿料中；向漿料中添加惰性無機微粒粉末，其中惰性無機微粒保持與無機/聚合物纖條體和團聚體複合物非結合，該無機微粒粉末具有不大於l.Ofiin的平均顆粒尺寸並且其存在量使得聚合物纖維複合物與非結合無機微粒的比例為約1至25;通過將分隔體浸入從漿料向多孔基材上沉積微粒材料；以約1.0-約7.5L/mii^ii^的受控流速對分隔體進行抽真空；從漿料中取出分隔體並持續約1分鐘至約90分鐘的時段，並再次將分隔體浸入漿料中持續約l分鐘到約IO分鐘的時段；在升高的溫度下乾燥沉積的分隔體；加熱分隔體以允許有機複合纖條體、團聚體和非結合的無機微粒融合在一起；和在表面活性劑溶液中浸泡分隔體以使分隔體親水。發明詳述本發明的用於氯-鹼電解槽的合成隔膜，其主要由有機纖維質聚合物和無機微粒製成。複合纖條體和團聚體的有用的有機聚合物前體包括任何適於對其中將使用該複合纖條體的操作條件具有化學和機械抵抗性的聚合物、共聚物、接枝聚合物或其組合，例如對暴露於電解化學物質如氫氧化鈉、氯、次氯酸鹽、次氯酸和鹽酸引起的劣化的化學抵抗性。關於對該實例的機械抵抗性，應對聚合物進行選擇使得該複合物能在高於常溫下(例如在高達IOOT或更高的溫度下)保持高模量，即對非彈性變形具有抵抗性。在一個實施方案中，這樣的聚合物是包括氟的含閨素聚合物，例如含有氟或者含有氟和氯的聚合物，例如聚氟乙烯、聚偏二氟乙烯、聚四氟乙烯(PTFE)聚合物、聚全氟乙烯、丙烯、聚三氟乙烯、聚氟代烷氧基乙.烯(PFA聚合物)、聚三氟氯乙烯(PCTFE聚合物)，以及氟三氟乙烯和乙烯的共聚物(CTFE聚合物)，且優選PTFE。將以微粒形式使用該聚合物，並且期望其包括顆粒，例如粉末、聚集體和團聚體，包括可在顆粒分散體且特別是膠體分散體中發現的粉末團聚體。其它有用的微粒形式包括細粒(granule)、碎塊形(chunky-bodied)微粒、纖維和前述的混合物。當使用纖維時，優選使用短的碎塊纖維或包括這些纖維的混合物。這裡使用的術語"碎塊纖維"典型具有基本上不超過100:1的長徑比，且許多纖維更小，例如具有約10:1至20:1的比例，從而允許纖維在複合物製備中更容易"生長"。為了方便起見，所有這些聚合物微粒在這裡可簡稱為複合纖條體和團聚體的"前體顆粒"。典型地，使用粉狀聚合物的分散體，以便於複合纖條體和團聚體的生產，分散體的這些顆粒將具有細粉碎的特徵，使得它們的尺寸範圍為直徑約0.05-200^m。例如，可以獲得市售的微粒PTFE聚合物分散體，該聚合物分散體具有直徑至多約0.5jim的聚合物顆粒。美國專利4,047,537中描述了這樣的分散體。這些分散體具有亞微米尺寸的顆粒。這些分散體是親水、帶負電荷的膠體分散體，含有懸浮在水中的直徑優選約0.05-約0.5pm的顆粒。然而，當在液體介質中使用時，可接受的是，該聚合物也可被這樣的液體或液體混合物部分溶解或溶脹以及分散。另一有用的市售產品是氟聚合物粉末團聚體。市售的PTFE聚合物粉末的粉末團聚體可具有典型在約O.l-lOOfim範圍內的團聚體平均顆粒尺寸。還期望該聚合物纖條體和團聚體前體可以是各種聚合物顆粒例如不同尺寸、長度和組成的細粒、纖維、原纖維和纖條體的混合物。這裡使用的術語纖條體和原纖維具有基本上相同的含義，意指在它們的製備中使用了剪切作用。當使用混合物時，這些混合物的主要重量部分優選包括粒狀形式即細粒、粉末或碎塊形的顆粒，包括聚集體和團聚體。因此，纖維和纖條體微粒通常以少量存在於混合物中。聚合物顆粒與非有機微粒混合形成複合無機/聚合物纖條體和團聚體，使得無機和聚合物顆粒結合在一起。這種結合的非有機微粒是難熔的物質或物質的混合物，因為它將在複合纖條體和團聚體形成的物理條件下保持微粒完整性，同時對於聚合物基材是惰性的從而其不與該聚合物發生化學反應。由於惰性，該非有機物是能夠在處理中與聚合物物理結合而不與這種聚合物發生化學反應的物質。通常根據複合纖條體產品的用途，該非有機物可以是純淨的或含有雜質，可以是天然的或是合成的，可以是單質或者結合形式的元素，可以是水合的等等，可在處理中發生變化，例如失去水合的水，可以一種或多種結晶形式被利用，並且可以非常硬，例如氧化鋯，或者硬度較小例如滑石。適合的非有機物質包括氧化物、碳化物、硼化物、矽化物、硫化物、氮化物、矽酸鹽、鋁酸鹽、陶瓷、金屬陶瓷、碳或其混合物。還期望使用微粒金屬和合金以及混合物，包括例如金屬和金屬氧化物的混合物。在優選的實施方案中，使用的無機微粒是氧化鋯，這是由於其惰性性能，例如對在諸如2-14pH範圍內與氯-鹼電解槽的化學物質的化學反應為惰性。通常，具有或不具有雜質的天然存在的材料例如氧化鋯是適合的，或它們可以以混合物形式使用。常見的微粒形式的氧化鋯是重質、白色、非晶態的粉末，但也可以以晶體、融合聚集體或晶須的形式存在。所有這些微粒均可被利用。有待與聚合物顆粒混合以形成複合纖條體和團聚體的非有機微粒材料通常具有細粉碎的尺寸或尺寸分布。非有機微粒可以是小的碎屑，例如通常細於100目，在一個實施方案中為約150nm，而在另一實施方案中，細於約400目(36nm)。這裡使用的篩目是美國篩序。在一個實施方案中，將使用氧化鋯作為微粒材料。微粒材料通常以粉末形式進行利用，並且具有約0.4-約16nm的平均顆粒尺寸，且在一個實施方案中，平均顆粒尺寸約lpm。在一個實施方案中，結合的非有機微粒材料將在聚合物纖維/非有機複合物中佔約10%-約99重量％。儘管可以對簡單的乾燥混合物進行成功處理以製備適宜的纖條體複合物，然而也可使用液體介質。可用於複合物製備的液體介質通常是含水的。這可以是僅為水。典型地，例如上文已經提及的市售聚合物分散體提供了液體介質。期望適宜的液體介質包括各種有機載體，包括醇類、烴類和g碳化物油以及液體的混合物，例如水和乙醇。因此，例如也可以使用非水的丙烯酸聚合物分散體，以及含水的分散體。通常，只要聚合物的量將無機微粒連接成無機聚合物複合纖維，則聚合物的任何用量都是足夠的。該量將隨所用聚合物的特性而變化，並且還將隨著其物理形式而變化。所用聚合物的量也可以隨著使用的無機物的種類和尺寸以及該複合纖維產品的期望用途而變化。通常，該聚合物包含約1.0-約90%且更通常為約5.0-約70%的無機-聚合物複合纖維總量，上述百分比均為重量百分比且全部基於幹態。對於最為優選的複合纖維，Zr02-PTFE聚合物纖維，並且考慮作為氯-鹼電解槽中的隔膜的最終用途，有利的是氧化鋯的存在量將為主要重量，即超過產品的50重量％，並且在一個實施方案中，為了獲得最好的親水性能，Zr02-PTFE聚合物的重量比例為約2:1至約8:1。為了增進非有機聚合物複合纖維的形成，優選使用混合物中具有聚合物加無機物的混合物的纖維誘發基材。這種基材可用於增進聚合物纖維的形成或者保持聚合物纖維的形狀，因此促進所需複合纖維的生產。優選地，纖維誘發基材是固體、粉狀、惰性的材料，或者這樣的材料的混合物，例如由於惰性不與該聚合物或無機物化學反應的材料或混合物。可以使用I族或II族金屬鹽。通常這種粉狀材料為粒狀形式。典型的基材材料是鹽(NaCl)、CaZr03、氧化鋁、石灰石、糖、砂、石墨等。在使用後，可以通過適於從纖維分離微粒的任何機械方式或其結合從複合纖維中除去基材顆粒，例如篩分，藉此從纖維篩分出大的基材顆粒。在一個實施方案中，漿料將含有粘度改性劑或增稠劑以便使聚合物纖維/無機複合物保持懸浮。這種增稠劑可以包括各種天然樹膠，例如黃原膠衍生物、汶萊膠、阿拉伯樹膠和Diutan樹膠。增稠劑通常為粉末形式，並且以足夠的量添加到水中以獲得所需的粘度分布。粘度分布的範圍是在0.22sec"下為約6270-約590cP，在2.2sec"下為約760-約115cP,並且在11sec"下為約185-約40cP。在一個實施方案中，增稠劑將佔約0.5克/升(g/l)-約4.0g/1，並且在一個實施方案中，佔約1.0g/1-約2.0g/1。本發明的一個重要方面是除存在於無機/聚合纖維複合物中的結合的非有機微粒外，添加非結合的細惰性無機微粒。雖然不希望受任何理論限制，但是基於已掌握的信息，已發現這種附加的非結合無機物顯著降低分隔體的滲透性和孔尺寸，同時增加彎曲度，從而降低電解槽電壓並提高生產效率。這裡使用的非結合無機微粒可以是粉末形式的包含鈦、鋁、鎂、鉀和/或鋯的氧化物或矽酸鹽中的一種或多種的微粒，包括Ti02、Al2Os、ZrSi04、Mg(OH)2、KTi03和Zr02和其混合物。非結合無機微粒通常是亞微米尺寸的微粒，一個實施方案中其平均顆粒尺寸不大於l.Oum,且在優選的實施方案中不大於0.6nm。在一個實施方案中，在無機/聚合物纖維複合物中非結合無機微粒的存在量為約5-約90重量％，在一個實施方案中為約10-約75重量％。在一個實施方案中，聚合物纖條體和團聚體與非結合的無機微粒的比例為約1.0至約25.0。聚合物/纖維複合物也可包括其它材料，例如添加劑和試劑，特別是當聚合物以市售的分散體形式存在時，例如分散劑、消泡劑、潤溼劑、穩定劑、抗微生物劑等。有用的穩定劑包括分散體穩定劑、紫外光穩定劑等以及染料或著色劑。典型的在混合物形成過程中不故意添加這些試劑，而是它們已在商業製備中包含於聚合物中。組分來製備的。s典型:，隔膜分隔體的組分:在液體介質例如水中的漿料構成。在一個實施方案中，用於沉積隔膜分隔體的漿料包含約50-約250g/l的總的可沉積固體，並且具有約9.0-11.5的pH。在另一實施方案中，本發明的漿料含有120-180g/l的總的可沉積固體。可通過向漿料中添加鹼金屬氫氧化物例如氫氧化鈉來獲得適合的pH。可通過諸如流動沉積、壓力沉積的方法、這些技術的組合或本領域技術人員已知的其它技術從漿料組分的混合物向基材上沉積隔膜分隔體。所述基材可以包括網板(screen)、有孔板或襯墊構件例如薄膜或陰極。典型地，通過浸入漿料組分的混合物中隨後對陰極電解液室抽真空以獲得所需的濾液流速，對這樣的陰極提供隔膜分隔體。在一個實施方案中，流速為約1.0-約7.5L/min*m2，而在一個實施方案中，流速為約3.0-約3.5L/min*m2。在一個實施方案中，直接在陰極上沉積隔膜分隔體。在已經獲得漿料組分的均勻混合物之後進行沉積，並對有待進行塗覆的一個或多個陰極在漿料中進行初始浸入，可選地攪拌漿料，並對陰極室施加真空以獲得所需的濾液流速。使用的真空逐漸增加以便保持濾液流速目標，並從0毫米汞柱增加到約650-750mm汞柱。繼續沉積過程直到維持約508mm汞柱(20英寸)的最小真空持續約90分鐘的時段。在一個實施方案中，沉積過程將包括在漿料組分混合物中的初始浸入後的浸漬步驟。為了進一步降低隔膜分隔體的滲透性，在初始沉積過程期間，將隔膜分隔體從漿料取出並保持約1分鐘至約90分鐘的時段。然後將隔膜分隔體再次浸入漿料中持續約1分鐘至約10分鐘的時段。可以按這種方式進行隔膜分隔體在漿料中的浸入和取出(通常伴隨抽真空)至多約10次。在除去真空源後，這時對塗覆的基材例如陰極進行乾燥。雖然可使用空氣乾燥，然而典型在升高的溫度下乾燥塗覆的基材，在一個實施方案中，約50'C至約130'C,在另一實施方案中，約70C至約100°C。在一個實施方案中乾燥時間可以為約0.5小時至約4小時或更多時間內變化，但通常不超過3小時。在一個實施方案中製得的分隔體具有約2-約6毫米(mm)的厚度，且在一個實施方案中，獲得約2.5-約4.5mm的厚度。在一個實施方案中，沉積隔膜的重量密度將具有約2-約15千克/平方米的每單位表面積重量，並且在一個實施方案中，約4.2-約5.2千克/平方米。在隔膜分隔體乾燥之後，在一定溫度下加熱分隔體並持續一定時間，這取決於纖維複合物中使用的聚合物組分。通常，該溫度和時間將足以使複合纖條體軟化以融合鄰接的纖條體、團聚體和未處理的無機粉末，但不足以導致聚合物材料的任何顯著分解。可以通過將分隔體和塗覆基材插入烘箱中實現加熱。重要的是，允許整個分隔體達到所需溫度以確保最大和完全的聚合物融合。在纖維複合物含有PTFE聚合物的一個實施方案中，使用例如約300'C至約390X:的融合溫度，而在另一個實施方案中使用約325C至約370X:。在一個實施方案中，加熱時間為約0.5小時至約1.0小時，而在另一實施方案中，為約l.O小時至約1.5小時。應當理解的是，通過從最初的乾燥溫度逐漸升高溫度到聚合物纖維將發生融合的隨後溫度來完成加熱。此外，在一個實施方案中，可以進行加熱過程使得加熱發生在特定的溫度下持續特定的時間段，隨後加熱到升高的溫度並持續特定的時間段。在任一加熱過程後，允許分隔體冷卻到室溫。在使用前，用表面活性劑處理隔膜分隔體。可以根據美國專利4，606，805中提出的過程或根據美國專利4，252，878提出的過程進行該處理。在一個實施方案中，利用氟化的表面活性劑，例如由E.I.DupontdeNemours&Co.以商標ZONYL市售的氟化表面活性劑。適合的全氟化烴是在其結構中具有全氟化烴鏈並且通式為F2C(CF2)mCH20(CH2CH20)nH的非離子氟表面活性劑，其中m為5-9且n為11。這種氟表面活性劑可以商標ZONYLFSN獲得。通常以在異丙醇或異丙醇-水溶液中的濃度為約20-約50%固體的液體形式應用氟表面活性劑。在使用前，優選用水稀釋該溶液，例如稀釋到濃度約4%V/V。然後將分隔體浸入表面活性劑溶液中，並浸泡至多約48小時的延長時間段。在一個實施方案中，可以在真空下將分隔體浸入並允許浸泡持續較小的時間段例如約1小時。在浸泡之後，然後在約75"C-約80匸下乾燥分隔體持續至多約8小時。這時塗覆隔膜或分隔體的陰極一般準備好組裝到電解槽中。其上放置本發明的惰性非石棉隔膜分隔體的陰極通常是其上能直接沉積隔膜或在其上能放置通常為墊層(mat)形式的預成形隔膜的陰極。在一個實施方案中，該陰極實際上是多孔的，例如篩網、有孔薄板或金屬網，通常由金屬絲網板構成，並且限定出內部陰極電解液室。陰極結構材料包括本領域中已知的那些材料，例如鎳、鋼、鐵和/或其合金。本發明的隔膜分隔體表現出降低的滲透性，是現有技術隔膜分隔體的1/2-1/3，因此允許提高的節能和產品效率，如下面的實施例所示。利用下面經驗公式通過計算Pf(Perm因數)測定滲透性Pf(Perm因數)=(陽極電解液水平(cm)+陰極電解液水平(cm)M.333)/(CD[kA/m2p鹽/苛性鹼)現有技術隔膜分隔體的Perm因數典型小於17，且通常範圍是14±6，而本發明的Perm因數通常大於17，且通常範圍是20士10。實施例在下面的實施例中更具體地描述本發明，這些實施例僅意圖進行舉例說明，因為許多改變和變化對於本領域技術人員是顯而易見的。實施例1在14升本發明溶液的漿料中，將21.00克(g)Diutan增稠劑(CPKelco產品)添加到14升(1)水中，同時使用PremierMillCorp.Dispersator利用高剪切攪拌機以2000-3000rpm的轉速進行攪拌。這種溶液被稱為"高剪切溶液"。持續混合約30分鐘。用1NNaOH調節混合物的pH至10.9-11.3，同時繼續混合。在混合30分鐘之後，測量500ml高剪切混合物樣品以記錄粘度分布。使用具有第一(numberone)轉子的Brookfield粘度計(表示彈簧類型的RV模型)測量粘度，且混合速度為1RPM，10RPM和50RPM(分別對應於0.22sec"、2.2sec"和llsec"的剪切速率)。取出另外2升高剪切混合物並留存。然後將剩餘的約12L高剪切溶液以50-200rpm的低剪切進行混合。將2800克可商購自ELTECHSystemsCorporationGruppoDeNora的PMX纖維與12L高剪切溶液一起加入20L的聚丙烯(PP)容器中。然後使用槳式混合器，以低剪切(50-200RPM)對該溶液進行混合。在單獨的4L燒杯中，稱量840克氧化鋯粉末，並與2L高剪切溶液混合。4吏用PremierMillCorp.Dispersator以高剪切(2000-3000RPM)將該溶液混合15分鐘。然後將該混合物倒入PMX纖維混合物中，並以低剪切(50-200RPM)混合1小時。設計用於沉積實驗室規模隔膜的實驗室沉積裝置配備有兩個尺寸為7〃x7"x0.15〃的尼龍網板狀帶孔板陰極結構，將其浸沒到漿料中，並使用FisherScientificMaximaCPlus真空泵，向該結構施加約75-100mmHg的低真空以便向陰極表面上沉積POLYRAMIX纖條體、團聚體和非結合的Zr02固體。通過調整濾液流速控制沉積墊層(即分隔體)的速率。通過調節具有夾具(clamp)的真空泵，調節濾液流速為3.0-3.5升/分鐘/陰極面積m2。ll分鐘後，從漿料中取出陰極/隔膜組件保持5分鐘。將陰極/隔膜組件返回到漿料中，允許繼續沉積持續2分鐘。兩分鐘後，將陰極/隔膜組件第二次從漿料中取出保持20分鐘，然後返回漿料中繼續沉積持續2分鐘。再次取出陰極/隔膜組件保持20分鐘，然後返回漿料以完成隔膜沉積。保持28.43英寸Hg的最終乾燥真空持續1小時。在獲得"最終乾燥真空"後，除去真空源，並將陰極和分隔體放入融合烘箱以引發PMX纖維/無機微粒的結合。在35分鐘內升高溫度到約100°C，並保溫約240分鐘的時段。然後在約125分鐘的時段內升高溫度到35(TC，並保溫60分鐘的時段。然後關閉烘箱，允許陰極/隔膜冷卻到室溫。對於樣品B和C，乾燥後的總隔膜重量密度分別是4.49和4.44Kg/m2(如下表1所示)。在4%V/VZonyl(pH調節到約11)的溶液中浸泡陰極/隔膜8小時，隨後在約80X:乾燥約8小時。將得到的隔膜和陰極放入實驗隔膜氯-鹼電解槽中，並在90X:的溫度和1.5安培/平方英寸(ASI)的電流密度(CD)下工作3個月。電解槽具有300克/升的NaCl的鹽水進料濃度，pH為約10。在工作後，由關於電解液對電解槽中電流密度和NaCl/NaOH比例進行微分的經驗公式計算Perm因數(Pf)。較高的Pf表示較小滲透率的隔膜。結果匯總在表l中。樣品A被認為是作為比較的標準合成隔膜。樣品B-C依照本發明。表1tableseeoriginaldocumentpage15因此，由表l的結果可以清楚，根據本發明製備的樣品提供較小滲透的隔膜，並且製備電解槽產品的所需能量減少。實施例2在14升本發明溶液的漿料中，向14升(l)水中添加28.00克(g)Diutan增稠劑(CPKelco產品)，同時使用PremierMillCorp.Dispersator利用高剪切混合機以2000-3000rpm的轉速進行攪拌。這種溶液被稱為"高剪切溶液"。持續混合約30分鐘。用INNaOH調節混合物的pH至10.9-11.3，同時持續混合。在混合30分鐘之後，測量500ml高剪切混合物樣品以記錄粘度分布。使用具有第一轉子的Brookfield粘度計(表示彈簧類型的RV模型)測量粘度，且混合速度為IRPM，10RPM和50RPM(分別對應於0.22sec"、2.2sec"和llsec"剪切速率)。取出另外2升高剪切混合物並留存。然後將剩餘的約12L高剪切溶液以50-200rpm的低剪切進行混合。將4200克可商購自ELTECHSystemsCorporationGruppoDeNora的PMX纖維與12L高剪切溶液一起加入20L的聚丙烯(PP)容器中。然後使用槳式混合器，以低剪切(50-200RPM)對該溶液進行混合。在單獨的4L燒杯中，稱量210克氧化鋯粉末，並與2L高剪切溶液混合。4吏用PremierMillCorp.Dispersator以高剪切(2000-3000RPM)將該溶液混合15分鐘。然後將該混合物倒入PMX纖維混合物中，並以低剪切(50-200RPM)混合l小時。設計用於沉積實驗室規模分隔體的實驗室沉積裝置配備有兩個尺寸為7"x7〃x(U5〃的尼龍網板狀帶孔板陰極結構，將其浸沒到漿料中，並使用FisherScientificMaximaCPlus真空泵，對該結構施加約75-100mmHg的低真空以便在陰極表面上沉積POLYRAMIX纖條體、團聚體和非結合的Zr02固體。通過調整濾液流速來控制沉積墊層(即分隔體)的速率。通過調節具有夾具的真空泵，調節濾液流速為3.0-3.5升/分鐘/陰極面積[m21。18分鐘後，從漿料中取出陰極/隔膜組件並保持5分鐘。將陰極/隔膜組件返回到漿料中，允許繼續沉積持續2分鐘。兩分鐘後，將陰極/隔膜組件第二次從漿料中取出保持5分鐘，然後返回漿料中繼續沉積2分鐘。再次取出陰極/隔膜組件保持20分鐘，然後再次返回漿料繼續沉澱持續2分鐘以完成隔膜沉積。保持28.12英寸Hg的最終乾燥真空持續1小時。在獲得"最終乾燥真空"後，除去真空源，並將陰極和分隔體放入融合烘箱中以引發PMX纖維/無機微粒的結合。在35分鐘內升高溫度到約100X:，並保溫約240分鐘的時段。然後在約125分鐘的時段內升高溫度到350。C，保溫60分鐘的時段。然後關閉烘箱，允許陰極/隔膜冷卻到室溫。對於樣品D，乾燥後的總隔膜重量密度是4.71Kg/m2(如下表2所示)。在4。/。V/VZonyl(pH調節到約11)的溶液中浸泡陰極/隔膜8小時，隨後在約80C下乾燥約8小時。將得到的隔膜和陰極放入實驗隔膜氯-鹼電解槽中，在卯X:的溫度和1.5安培/平方英寸(ASI)的電流密度(CD)下工作3個月。電解槽具有300克/升NaCl的鹽水進料濃度，且pH為約10。在工作後，由關於電解液對電解槽中電流密度和NaCl/NaOH比例進行微分的經驗公式計算Perm因數(Pf)。較高的Pf表示較小滲透率的隔膜。結果匯總在表l中。樣品A被認為是作為比較的標準合成隔膜。樣品D依照本發明。表2tableseeoriginaldocumentpage17因此，由表2結果可以清楚，根據本發明製備的樣品提供了較小滲透的隔膜，製備電解槽產品所需的能量減少並且生產率提高。權利要求1.惰性的非石棉分隔體，該分隔體包括a)無機/聚合物纖條體和團聚體的複合材料，該複合材料含有約5重量％至約70重量％的有機滷碳化物聚合物纖維以及約30重量％至約95重量％的細粉碎非有機微粒，所述非有機微粒牢固結合在所述複合纖條體和團聚體中；b)一定量的天然樹膠增稠劑以便提供在0.22sec-1下為約6270-約590cP的粘度；和c)惰性無機微粒粉末，其中惰性無機微粒保持與所述無機/聚合物纖條體和團聚體複合物非結合，該無機微粒粉末具有不大於1.0μm的平均顆粒尺寸，並且其存在量使得聚合物纖維複合物與非結合的無機微粒的比例為約1至25。2.權利要求1的分隔體，其中聚合物纖維為微粒形式，包括粉末、細粒、聚合物聚集體和團聚體、碎塊形微粒、碎塊纖維和其混合物。3.權利要求1的分隔體，其中複合纖條體具有約0.05-約200nm的直徑。4.權利要求1的分隔體，其中非有機微粒具有細於約150nm的尺寸分布。5.權利要求l的分隔體，其中非有機微粒包括選自氧化物、硼化物、碳化物、矽化物、硫化物、氮化物、矽酸鹽、鋁酸鹽、陶瓷、金屬陶資、碳、金屬氧化物、合金和其混合物中的至少一種微粒。6.權利要求l的分隔體，其中存在與複合纖維混合的纖維誘發基材，包括固體的粉狀的惰性的材料。7.權利要求1的分隔體，其中天然樹膠增稠劑包括黃原膠衍生物、汶萊膠、阿拉伯樹膠和Diutan樹膠中的一種或多種。8.權利要求7的分隔體，其中天然樹膠增稠劑的存在量為約0.5-約4.0g/1。9.權利要求1的分隔體，其中惰性無機微粒粉末包括鈦、鋁、鎂、鉀和鋯的氧化物或矽酸鹽中的一種或多種。10.權利要求9的分隔體，其中惰性無機微粒粉末包含平均顆粒尺寸不大於l.Onm的微粒。11.權利要求l的分隔體，其中在無機/聚合物纖維複合物中非結合的無機微粒的量佔約5-約90重量％。12.權利要求l的分隔體，其中該分隔體具有約2-約6mm的厚度。13.在多孔結構上形成用於電解槽的惰性的非石棉分隔體的方法，該方法包括形成無機/聚合物纖條體和團聚體複合材料的含水漿料，該複合材料含有約5重量％至約70重量％的有機卣碳化物聚合物纖維以及約30重量％至約95重量％的細粉碎的非有機微粒，所述非有機微粒牢固結合在所述複合纖條體和團聚體中，且無機微粒與天然樹膠增稠劑一起處於所述漿料中；向漿料添加惰性無機微粒粉末，其中該惰性無機微粒保持與無機/聚合物纖條體和團聚體複合物非結合，該無機微粒粉末具有不大於l.Onm的平均顆粒尺寸，並且其存在量使得聚合物纖維複合物與非結合的無積i;敞粒的比例為約1至25;通過浸漬分隔體，由漿料向多孔基材上沉積微粒材料；以約1.0-約7.5L/mii^m2的受控流速對分隔體進行抽真空；從漿料中取出分隔體並保持約1分鐘至約卯分鐘的時段，並再次將分隔體浸入漿料中持續約l分鐘到約IO分鐘的時段；在升高的溫度下乾燥沉積的分隔體；加熱分隔體以允許有機複合纖條體、團聚體和非結合的無機微粒融合在一起；和將分隔體浸泡在表面活性劑溶液中以使分隔體親水。14.權利要求13的方法，其中漿料包含約50-約250g/l的總的可沉積固體。15.權利要求13的方法，其中通過流動沉積、壓力沉積或其組合中的一種或多種向多孔基材上沉積顆粒。16.權利要求15的方法，其中多孔基材包括網板、穿孔板或襯墊構件中的一種或多種。17.權利要求13的方法，其中流速是約3.0-約3,5L/min*m2。18.權利要求13的方法，其中在至多約750mm汞柱的壓力下保持流速。19.權利要求18的方法，其中繼續顆粒沉積直到保持508mm汞柱的最小真空持續約90分鐘的時段。20.權利要求13的方法，其中在約50-約130T的溫度下乾燥分隔體持續約0.5-約4小時的時間。21.權利要求13的方法，其中在約300-約390T的溫度下加熱分隔體持續約0.5-約1.5小時的時間。22.權利要求13的方法，其中將分隔體浸泡在包括氟化表面活性劑的表面活性劑中持續至多8小時的時間，接著在約75-約80匸的溫度下乾燥持續至多約48小時的時間。23.權利要求13的方法，其中沉積隔膜的每單位表面積的重量是約2-約15千克/平方米。全文摘要本發明涉及惰性的非石棉分隔體及其製備方法，該分隔體包含無機/聚合物纖條體和團聚體的複合材料，該複合材料含有約5重量％至約70重量％的有機滷碳化物聚合物纖維以及約30重量％至約95重量％的細粉碎非有機微粒，其中該非有機微粒牢固結合在所述複合纖條體和團聚體中；一定量的天然樹膠增稠劑以提供在0.22sec-1下為約6270至約590cP的粘度；和惰性無機微粒粉末，其中惰性無機微粒粉末保持與無機/聚合物纖條體和團聚複合物非結合，該無機微粒粉末具有不大於1.0μm的平均顆粒尺寸，並且其存在量使得聚合物纖維複合物與非結合的無機微粒的比例為約1至25。文檔編號C25B13/08GK101258627SQ200680032837公開日2008年9月3日申請日期2006年9月7日優先權日2005年9月9日發明者D·J·瓦斯科維奇,E·S·卡濟米爾,M·S·莫特斯,N·J·託姆巴,R·L·羅米內,T·F·弗洛爾凱維奇申請人:德諾拉工業有限公司