彈性離子交換膜的製作方法

2023-05-11 15:46:41 2

專利名稱：彈性離子交換膜的製作方法
技術領域：
本發明涉及離子交換膜。更具體地，本發明涉及能夠在具有應力-應變壓力的操作條件下耐受形成應力線和/或破裂的彈性離子交換膜。
背景技術：
離子交換膜廣泛用在其中在離子濃度梯度或電勢梯度作為驅動力的影響下離子進行選擇性遷移的電滲析、電解和擴散滲析系統中。離子交換膜的最初工業應用集中在鹽水脫鹽以產生飲用水供給。但是，離子交換膜現在廣泛用在許多工業和城市應用例如純化飲用水、廢水處理、胺基酸去礦化、乳清廢料流加工、糖漿生產、柴油燃料脫鹽、從流體工藝廢料流中回收有用組分如從電鍍系統回收金屬離子、純化有機物質等中。離子交換膜一般包含附接有帶負電的離子基團或可替換的帶正電的離子基團的聚合物材料。每種基團的反離子是可遷移的離子。陰離子交換膜具有結合聚合物材料的帶正電基團，並且具有移動的帶負電陰離子。陽離子交換膜具有固定到聚合物材料的帶負電基團，並且具有移動的帶正電陽離子。離子交換膜的性質一般由所固定離子基團的量、類型和分布決定。基於離子交換膜的離子性質存在4類離子交換膜，即強酸膜、強鹼膜、弱酸膜和弱鹼膜。強酸膜通常具有磺酸作為帶負電基團，而弱酸膜具有羧酸作為帶負電基團。強鹼膜一般具有季銨作為帶正電基團，而弱鹼膜具有叔胺作為帶正電基團。理想地，性能好的離子交換膜應該具有高的離子選擇性、低電阻、好的機械性質和高的穩定性。電滲析系統在通過作為電滲析室相對壁而設置並固定的陽離子交換膜和陰離子交換膜所施加的電勢差影響下將離子從第一溶液輸送到第二溶液。該室由均連接到電極的陰離子交換膜和陽離子交換膜所形成的「進料」室(也通常稱作「稀釋(diluate)」室)和「濃縮」室(也通常稱作「鹽水」室)組成。陰離子交換膜和陽離子交換膜均不能透過水分子。相鄰室構成具有(i)進料或稀釋室和(ii)鹽水或濃縮室的室對。例如，水脫鹽電滲析室對具有隔開進料室和鹽水室的共用陽離子交換膜。在陽離子交換膜一側上的第一陰離子交換膜提供並界定進料室(即稀釋室)的外表面。第一陰離子交換膜連接到第一電接頭，並且在施加電荷時將是陽極。第二陰離子膜提供並界定鹽水室(即濃縮室)的外表面。第二陰離子交換膜連接到第二電接頭，並且在施加電荷時將是陰極。在稀釋室中，陽離子將穿過面對陽極的陽離子轉移膜(即第一陰離子交換膜)，但將被在該方向上面對陰極的濃縮室的成對陰離子轉移膜(即第二陰離子交換膜)終止。類似地，陰離子穿過面對陰極的稀釋室的陰離子轉移膜，但將被面對陽極的相鄰對的膜的陽離子轉移終止。以此方式，稀釋室中的鹽將被移走，而在相鄰的濃縮室中，陽離子將從一個方向進入，陰離子將從相反方向進入。商業脫鹽工藝所需的大處理體積一般需要將多個電滲析室對配置到電滲析堆疊體內，其中交替的陰離子和陽離子交換膜形成多個電滲析室。每個膜堆疊體在該堆疊體一端具有DC(直流)陽極，在另一端具有DC陰極。在DC電壓下，離子運動到相反電荷的電極。電滲析堆疊體中的流動要布置成使得稀釋流和濃縮流保持隔開，並且從稀釋流中產生脫鹽水流。由於進料流中溶解離子的量遠小於鹽水中的離子濃度，因此電滲析堆疊體有利於脫鹽流體的高體積處理量。離子鹽通常在電流動方向上堆積在電滲析系統中的膜表面處，由此減小離子流過膜的速率，導致降低脫鹽效率並減小處理體積。離子在膜表面上的積聚可以通過有規律地對換電子極性，由此將「陽極」膜轉變為「陰極」膜(反之亦然)而周期性地對換離子流動的方向來克服。結果稀釋流和濃縮流同時切換，濃縮流變成稀釋流並且反之亦然，從而使得能夠除去並衝洗掉離子阻塞沉積物。該工藝一般稱作反向電滲析(EDR)，並且普遍用在大多數商用電滲析系統中。用於從鹹水、工業處理液體原料和鹽水分離和/或回收離子的電滲析堆疊體中所用的離子交換膜牢固固定在合適位置以防止室間的水洩漏並經受因在高流體體積處理和脫鹽過程中相當大的物理和流體靜力學壓力引起的相當大的機械應力和應變。機械應力和應變在結合有反向電滲析的系統中加劇。反覆的應力-應變壓力變化導致出現引起膜破裂和失效的應力線。離子交換膜中出現應力線也可以因隨著濃縮鹽水接收從流過稀釋室的流體分離的離子所產生的滲透壓力波動的變化引起，繼而可以導致膜失效。大多數商用離子交換膜是一般通過使交聯二乙烯基單體和含離子交換基團的單體共聚到所選定的膜載體材料上製備的複合材料，以克服與離子交換樹脂有關的脆性和差的機械穩定性問題。常用於製備離子交換膜的膜載體包括聚氯乙烯(PVC)或低密度聚乙烯(LDPE)的固態無孔片體和由PVC和/或LDPE股紡成的多孔織物。交聯二乙烯基單體和具有離子交換基團的單體可以作為倒上或糊上塗料施加到膜載體上以注入膜載體。或者，離子交換膜可以通過將膜載體層合二乙烯基單體和離子交換單體，接著固化來製備。但是，因應力-應變壓力和/或滲透波動所致的離子交換膜失效的問題仍是顯著的工業問題。大多數可商購離子交換膜通過利用苯乙烯和二乙烯苯的共聚物、繼而通過加入離子交換部分而改性的多步工藝來製備。包含苯乙烯-二乙烯苯共聚物的離子交換膜、尤其在它們進一步與具有交聯短鏈的化合物聚合時的問題在於它們往往是脆性的和非彈性，由此在壓力和應變負荷下破裂。此外，該多步工藝一般涉及使用有害化學品如苯乙烯、二乙烯苯、濃硫酸和滷化化學品等等，並且要求引入製備設施和廢料流處理系統的複雜安全注意事項以減輕與工人健康問題相關的問題。除了需要更耐用和更柔性的離子交換膜以外，同時還需要利用毒性小且更具成本效益的方法製備這種膜。

發明內容
本發明的實施方案涉及彈性離子交換膜的製備方法。一些實施方案涉及該方法製備的彈性離子交換膜，所述彈性離子交換膜具有耐受操作使用過程中的應力-應變壓力的持久性。本發明的示例性實施方案涉及彈性離子交換膜的製備方法，一般包括步驟:(1)選擇多孔基體；(2)用包含如下組分的混合物的均勻溶液使多孔基體飽和:(i)親水性離子單體、( )疏水性交聯低聚物和/或共聚單體、(iii)自由基引發劑，和(iii)選定用於將親水性離子單體、疏水性交聯低聚物和/或共聚單體、自由基引發劑溶解成均勻混合物的溶劑；(3)從經飽和的多孔基體中除去多餘的均勻溶液；(4)使均勻溶液中的親水性和疏水性組分聚合以形成交聯離子轉移聚合物，該聚合物基本填滿孔並基本覆蓋多孔基體的表面，由此產生本發明的彈性離子交換膜；(5)洗滌彈性離子交換膜以除去多餘溶劑；和(6)任選將經洗滌的彈性離子交換膜浸浴在氯化鈉溶液中，以使離子交換膜轉化成鈉形式或氯化物形式。根據一方面，該方法通過向均勻溶液內引入選自2-丙烯醯胺基-2-甲基-1-丙磺酸、4-乙烯基苯磺酸鈉、3-磺丙基丙烯酸鉀、及其鹽中的親水性離子單體來製備彈性陽離子交換膜。根據另一方面，該方法通過向均勻溶液內引入選自3-甲基丙烯醯基氨丙基三甲基氯化銨、乙烯基苄基三甲基銨、3-丙烯醯胺基丙基三甲基氯化銨、2-丙烯醯氧基乙基三甲基氯化銨、3-甲基丙烯醯基氨丙基三甲基氯化銨、及它們的混合物中的親水性離子單體來製備彈性陰離子交換膜。根據另一方面，該方法通過向均勻溶液內引入選自聚氨酯低聚物二丙烯酸酯、聚酯低聚物二丙烯酸酯、聚醚低聚物二丙烯酸酯、環氧低聚物二丙烯酸酯、聚丁二烯低聚物二丙烯酸酯、矽氧烷二丙烯酸酯、二丙烯酸己二醇酯、二丙烯酸癸二醇酯、它們的二甲基丙烯酸酯對等物、及它們的混合物中的一種或更多種疏水性交聯低聚物和/或共聚單體來製備彈性離子交換膜。或者，該疏水性交聯低聚物和/或共聚單體可以選自具有3個或更多個反應性乙烯基的聚氨酯低聚物、具有3個或更多個反應性乙烯基的聚酯低聚物、具有3個或更多個反應性乙烯基的聚醚低聚物、它們的對等物、及它們的混合物。本發明的另一實施方案涉及彈性陽離子交換膜，其包含:(1)多孔基體，選自聚酯、聚氯乙烯、低密度聚乙烯、極低密度聚乙烯、聚丙烯、聚碸、尼龍、尼龍-聚醯胺、及它們的混合物；與其交聯的(2)親水性離子單體，選自2-丙烯醯胺基-2-甲基-1-丙磺酸、
4-乙烯基苯磺酸鈉、3-磺丙基丙烯酸鉀、及其鹽；和(3)疏水性交聯低聚物和/或疏水性交聯共聚單體，選自聚氨酯低聚物二丙烯酸酯、聚酯低聚物二丙烯酸酯、聚醚低聚物二丙烯酸酯、環氧低聚物二丙烯酸酯、聚丁二烯低聚物二丙烯酸酯、矽氧烷二丙烯酸酯、二丙烯酸己二醇酯、二丙烯酸癸二醇酯、它們的二甲基丙烯酸酯對等物及它們的混合物，和它們的混合物。或者，該疏水性交聯低聚物和/或共聚單體可以選自具有3個或更多個反應性乙烯基的聚氨酯低聚物、具有3個或更多個反應性乙烯基的聚酯低聚物、具有3個或更多個反應性乙烯基的聚醚低聚物、它們的對等物及它們的混合物。本發明的彈性陽離子交換膜一般具有如下性質:⑴膜厚為約0.06mm至約0.15mm ； (ii)電阻為約0.8 Ω cm2至約3.0 Ω cm2 ；
(iii)水含量為約20wt%至約45wt% ;和(iv)離子交換容量為每克幹樹脂約1.3mmol至約 2.5mmol ο本發明的另一實施方案涉及彈性陰離子交換膜，其包含:(1)多孔基體，選自聚酯、聚氯乙烯、低密度聚乙烯、極低密度聚乙烯、聚丙烯、聚碸、尼龍、尼龍-聚醯胺、及它們的混合物；與其交聯的(2)親水性離子單體，選自3-甲基丙烯醯基氨丙基三甲基氯化銨、乙烯基苄基三甲基銨、3-丙烯醯胺基丙基三甲基氯化銨、2-丙烯醯氧基乙基三甲基氯化銨、
3-甲基丙烯醯基氨丙基三甲基氯化銨、及它們的混合物；和(3)疏水性交聯低聚物和/或疏水性交聯共聚單體，選自聚氨酯低聚物二丙烯酸酯、聚酯低聚物二丙烯酸酯、聚醚低聚物二丙烯酸酯、環氧低聚物二丙烯酸酯、聚丁二烯低聚物二丙烯酸酯、矽氧烷二丙烯酸酯、二丙烯酸己二醇酯、二丙烯酸癸二醇酯、它們的二甲基丙烯酸酯對等物及它們的混合物、和它們的混合物。或者，該疏水性交聯低聚物和/或共聚單體可以選自具有3個或更多個反應性乙烯基的聚氨酯低聚物、具有3個或更多個反應性乙烯基的聚酯低聚物、具有3個或更多個反應性乙烯基的聚醚低聚物、它們的對等物及它們的混合物。本發明的彈性陰離子交換膜一般具有如下性質:(i)膜厚為約0.06mm至約0.15mm ; (ii)電阻為約0.8 Ω cm2至約
3.0 Ω cm2 ； (iii)水含量為約20wt%至約45wt% ;和(iv)離子交換容量為每克幹樹脂約
1.3mmol 至約 2.Smmol η


參照下面附圖一起描述本發明，其中:圖1是表示根據本發明的一個實施方案的鹽溶液穿過組裝有示例性陰離子交換膜和示例性陽離子交換膜的電滲析微堆疊體的脫鹽圖。
具體實施例方式本發明的實施方案涉及製備機械穩定性優異的彈性離子交換膜的方法，這些膜具有柔性並且耐受在使用過程中形成應力線、破裂和出現破裂。該實施方案還涉及通過本發明方法製備的彈性離子交換膜。本發明的一個實施方案涉及具有彈性變形性的示例性柔性離子交換膜的製備方法，所述離子交換膜耐受跨膜的內外表面和通過膜的內外表面形成應力線和/或破裂。該方法包括如下步驟:製備包含如下組分的混合物的均勻溶液:(i) 一種或更多種親水性離子單體組分、( ) 一種或更多種疏水性長鏈交聯低聚物組分和/或一種或更多種疏水性交聯共聚單體組分、(iii)自由基引發劑和(iv) —種或更多種溶劑，其能夠溶解親水性組分、疏水性組分和自由基引發劑，並接著使所溶解的組分保持在均勻溶液中而不分離成親水相和疏水相。用該均勻溶液 使合適的多孔基體飽和，之後除去多餘溶液，同時採取措施來避免形成氣穴和/或氣泡，由此多孔基體經均勻溶液浸潰並且多孔基體的兩面均覆蓋有均勻溶液的膜。通過激活自由基引發劑固化經浸潰和塗覆的多孔結構，結果導致在多孔基體內、遍布多孔基體和多孔基體附近形成均勻聚合物凝膠而不會出現親水性和疏水性組分的任何宏觀相分離，由此製備柔性彈性膜。接著洗滌彈性離子交換膜以除去多餘溶劑，並且可以任選地浸浴在氯化鈉溶液中。本發明方法製備的彈性離子交換膜包括多孔基材，在基材內、遍布基材和基材附近浸潰並覆蓋有均勻聚合物凝膠。彈性離子交換膜的水含量可以通過調節用於製備離子交換膜的均勻溶液中的溶劑濃度被調節到所選定的目標範圍內。根據一方面，多孔基體可以包括織造織物、非織造片材或微孔基材。合適的織造織物可以是由選自例如聚酯、PVC、LDPE、極低密度聚乙烯(VLDPE)、聚丙烯、聚碸、尼龍、尼龍-聚醯胺中的一種或更多種材料的股紡成。合適聚酯的例子為聚乙醇酸交酯或聚乙醇酸(PGA)、聚乳酸(PLA)、聚己內酯(PCL)、聚己二酸乙二醇酯(PEA)、聚羥基鏈烷酸酯(PHA)、聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚對苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚對苯二甲酸丙二醇酯(PTT)、聚萘二酸乙二醇酯(PEN)和Vectran ，一種由4-羥基苯甲酸和6-輕基萘-2-羧酸縮聚形成的液晶聚合物紡成的纖維(Vectran是Kuraray C0.Ltd.,Kurashiki City,日本的註冊商標)。PET特別適合用於製備本發明柔性離子交換膜用的織造織物基體。
合適的非織造片材可以包括含有例如聚酯、PVC、LDPE、VLDPE、聚丙烯、聚碸、尼龍、尼龍-聚醯胺的材料的單片材部分。合適聚酯的例子是聚乙醇酸交酯或PGA、PLA、PCL、PEA、PHA, PET、PBT, PTT和PEN。包括兩個或更多個例如PVC、LDPE, VLDPE、聚丙烯、聚碸、尼龍、尼龍-聚醯胺的片材組合的層合體的片材也適合。合適聚酯的例子是聚乙醇酸交酯或PGA、PLA、PCL、PEA、PHA、PET、PBT、PTT 和 PEN。合適的微孔片材可以包括含有例如聚酯、PVC、LDPE、VLDPE、聚丙烯、聚碸、尼龍、尼龍-聚醯胺的材料的單片材微孔基體部分。合適聚酯的例子是聚乙醇酸交酯或PGA、PLA、PCL、PEA、PHA、PET、PBT、PTT 和 PEN。本發明的另一實施方案涉及用於製備本發明的彈性離子交換膜的均勻溶液，所述彈性離子交換膜包括選定的多孔基體作為膜基材。該均勻溶液包含一種或更多種親水性離子單體組分、一種或更多種疏水性交聯低聚物組分和/或共聚單體組分和一種或更多種自由基引發劑的混合物，其中所有組分溶解在能夠使這些組分保持在均勻溶液中而沒有任何分離為親水相和疏水相的溶劑或溶劑混合物中。—方面涉及適合引入用以浸潰多孔基體的均勻溶液的親水性離子單體。適合用於製備陽離子交換膜的親水性離子單體的例子是2-丙烯醯胺基-2-甲基-1-丙磺酸(AMPS)及其鹽、4-乙烯基苯磺酸鈉及其鹽、以及3-磺丙基丙烯酸鉀及其鹽。4-乙烯基苯磺酸鈉也以其商品名Kayexelate、Resonium A和Kionex (Kionex是Paddock laboratories Inc., Minneapolis, MN,美國的註冊商標)已知。適合用於製備陰離子交換膜的親水性離子單體的例子是3-甲基丙烯醯基氨丙基三甲基氯化銨(MAPTAC)、乙烯基苄基三甲基銨、3-丙烯醯胺基丙基三甲基氯化銨、2-丙烯醯氧基乙基三甲基氯化銨和3-甲基丙烯醯基氨丙基三甲基氯化銨。另一方面涉及適合引入用以浸潰和覆蓋多孔基體的均勻溶液的選定疏水性交聯低聚物和共聚單體。疏水性交聯低聚物和/或共聚單體的作用是提高離子交換樹脂的延性，由此能夠吸收變形能並且導致在應力和/或應變壓力下彈性變形而不會形成應力線和/或破裂的離子交換膜。更具體地，交聯有疏水性低聚物和/或共聚單體的膜具有相對低的楊氏模量，這改善膜的回彈性，同時還提高其在暴露於應力壓力和/或應變壓力時的韌性。合適的疏水性交聯低聚物和共聚單體優選具有2個乙烯鍵，例如聚氨酯低聚物二丙烯酸酯、聚酯低聚物二丙烯酸酯、聚醚低聚物二丙烯酸酯、環氧低聚物二丙烯酸酯、聚丁二烯低聚物二丙烯酸酯、矽氧烷二丙烯酸酯、二丙烯酸己二醇酯、二丙烯酸癸二醇酯、其二甲基丙烯酸酯對等物及它們的混合物。具有多個乙烯基官能度的疏水性交聯低聚物和共聚單體如四官能環氧基丙烯酸酯低聚物(例如產品號CN2204，Sortomer USA LLC, Exton, PA，美國)、六官能脂族氨基甲酸酯丙烯酸酯(例如產品號CN9006，Sortomer USA LLC)、三官能脂族氨基甲酸酯丙烯酸酯(例如產品號CN989，Sortomer USA LLC)、多官能氨基甲酸酯丙烯酸酯低聚物(例如產品號CN9013，Sortomer USA LLC)等也合適。另一方面涉及選擇加入本發明均勻溶液中的自由基引發劑。交聯聚合反應過程中存在3個階段:(i)激發/引發自由基從自由基引發劑化合物中釋放以催化單體與低聚物和/或共聚單體之間的聚合反應；(ii)聚合反應傳播；和(iii)聚合反應終止。第一步驟過程中的反應速率依賴於自由基引發劑的化學組成和引發自由基快速釋放的激發源的能量強度，該自由基繼而與疏水性交聯劑的乙烯基反應以引發聚合過程。聚合反應的後續傳播和終止步驟的反應速率是低聚物和/或共聚單體中乙烯鍵的濃度、傳播和終止反應的速率常數的函數。用以引發自由基從自由基引發劑中釋放的激發源的通常形式例如是UV光引發、熱引發、加入引發氧化還原反應以釋放自由基的材料和用電子束輻射。通過UV光(即光引發劑)輻射或熱輻射(即熱引發劑)激發釋放自由基的自由基引發劑特別合適。暴露於UV光下釋放自由基的合適自由基引發劑的例子是α -羥基酮自由基引發齊U、苯偶姻醚、苯偶醯縮酮、α-二烷氧基苯乙酮、α-羥基烷基苯酮、α-氨基烷基苯酮、醯基氧化膦、苯甲酮/胺、噻噸酮/胺和二茂鈦。合適α-羥基酮自由基引發劑的例子是2-羥基-1-[4-(2-羥基乙氧基)苯基]-2甲基-1-丙酮、2-羥基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮、
1-羥基-環己基苯基-酮、-羥基-環己基-苯基-酮:苯甲酮、及它們的混合物。合適的自由基引發劑的例子是2，2'-偶氮二(2-甲基丙腈)、過氧化苯甲醯、1，7_ 二(9-吖啶基)庚烷、2-羥基-[4' -(2-羥基丙氧基)苯基]-2甲基丙酮、4，4' -二(二乙氨基)苯甲酮、4，4'，4"-次甲基三(N，N-二甲基苯胺)、2_羥基-2-甲基-1-(4-叔丁基)苯基丙酮、
2-苄基-2( 二甲氨基)-4'-嗎啉基苯丁酮、1-羥基環己基苯基酮、2-甲基-1- [4-(甲基硫代)苯基]-2-嗎啉基丙-1-酮、4-甲基苯甲酮、4-苯基苯甲酮、2-羥基-2-甲基-1-苯基丙麗，2,2' -_._(2-氣苯基)、4'，5,5'-四苯基-1,2'聯味卩坐、2,2-二甲氧基-2-苯基苯乙酮、4-苯甲醯基-4'-甲基二苯基硫化物、苯甲酮、2-氯噻噸酮、2，4_ 二乙基噻噸酮、
2-異丙基噻噸酮、甲基苯甲醯基甲酸酯、甲基-鄰苯甲醯基苯甲酸酯、2，4，6_三甲基苯甲醯基-二苯基氧化膦、乙基(2，4，6_三甲基苯甲醯基)-苯基亞膦酸酯、及它們的混合物。在暴露於熱輻射時釋放自由基的合適自由基熱引發劑的例子是偶氮化合物熱引發劑和過氧化物熱引發劑。合適的偶氮化合物熱引發劑的例子是1，P -偶氮二(環己烷甲臆)、2,2' _偶氮二(異丁臆)、2，2' _偶氮二(4-甲氧基-2,4-二甲基戍臆)、2, 2'-偶氮二(2，4_ 二甲基戊腈)、二甲基2，2'-偶氮二(2-甲基丙酸酯)等。合適的過氧化物化合物熱引發劑的例子是叔戊基過氧苯甲酸酯、過氧化苯甲醯、2，2_ 二(叔丁基過氧)丁燒、1，1_ 二(叔丁基過氧)環己燒、2, 5_ 二(叔丁過氧)-2, 5_ 二甲基己燒、2, 5_ 二(叔丁基過氧)-2, 5_ 二甲基_3_己塊、二(1-(叔丁基過氧)_1_甲基乙基)苯、1，1_ 二(叔丁基過氧)-3，3，5-三甲基環己烷、叔丁基過氧化氫、過氧化叔丁基、過乙酸叔丁酯、過氧化環己酮、過氧化二枯基、過氧化月桂醯等。用於利用包含親水性離子單體、疏水性交聯低聚物和/或共聚單體和自由基引發劑的均勻溶液製備彈性陽離子交換膜的合適溶劑的例子是二甲基乙醯胺與三丁胺之比為約1: 3至約5:1的混合物、二甲基乙醯胺與三烷基胺之比為約1: 3至約5: I的混合物、二甲基乙醯胺與二烷基胺之比為約1: 3至約5: I的混合物、以及二甲基乙醯胺與單烷基胺之比為約1:3至約5:I的混合物。特別適合的是二甲基乙醯胺與三丁胺之比為約1: 3至約5: I的混合物。濃度為佔均勻溶液重量的約20%至佔均勻溶液重量的約45%的二甲基乙醯胺也適合。用於利用包含親水性離子單體、疏水性交聯低聚物和/或共聚單體和自由基引發劑的均勻溶液製備彈性陰離子交換膜的合適溶劑是飽和脂族脂肪酸，例子有丁酸、戊酸、辛酸、癸酸、己酸、月桂酸、棕櫚酸、硬脂酸、花生酸、山嵛酸、及它們的混合物。該飽和脂族酸的濃度應該為均勻溶液重量的約23%至均勻溶液重量的約48%。也適合用於製備本發明彈性陰離子交換膜的溶劑是二甘醇、二甘醇甲酯、及它們的混合物。特別合適的是二甘醇與二甘醇甲酯之比為約1: 1.15至約2: I的混合物，其中二甘醇:二甘醇甲酯混合物在均勻溶液中的濃度為32wt%至約42wt%。彈性陽離子交換膜的一種示例性製備方法包括:I)製備均勻溶液，其包含:⑴約15%至約35%的合適親水性離子單體、(ii)約30%至約65%的一種或更多種合適疏水性交聯低聚物和/或疏水性交聯共聚單體、(iii)約17%至約45%的一種或更多種合適溶劑，和(iv)約0.75%至約10%的自由基引發劑；2)用該均勻溶液使多孔基體飽和，接著除去多餘溶液，由此產生浸潰有並覆蓋有均勻溶液的膜的多孔基體；3)通過激活自由基引發劑固化經浸潰的多孔基體，由此導致在多孔基體內、遍布多孔基體和多孔基體附近形成均勻聚合物凝膠，從而形成彈性離子交換膜；以及4)洗滌離子交換膜以除去多餘溶劑，接著將該膜浸浴在氯化鈉溶液中以使膜轉化為鈉形式，由此製備本發明的彈性陽離子交換膜。彈性陽離子交換膜的另一示例性製備方法包括:I)製備均勻溶液，其包含:⑴約20%至約30%的合適親水性離子單體、(ii)約35%至約60%的一種或更多種合適疏水性交聯低聚物和/或疏水性交聯共聚單體、(iii)約20%至約35%的一種或更多種合適溶劑，和(iv)約1.0%至約2.5%的自由基引發劑；2)用該均勻溶液使多孔基體飽和，接著除去多餘溶液，由此產生浸潰有並覆蓋有均勻溶液的膜的多孔基體；3)通過激活自由基引發劑固化經浸潰的多孔基體，由此導致在多孔基體內、遍布多孔基體和多孔基體附近形成均勻聚合物凝膠，從而形成彈性離子交換膜；以及4)洗滌離子交換膜以除去多餘溶劑，接著將該膜浸浴在氯化鈉溶液中以使膜轉化為鈉形式，由此製備本發明的彈性陽離子交換膜。彈性陰離子交換膜的一種示例性製備方法包括:I)製備均勻溶液，其包含:⑴約15%至約35%的合適親水性離子單體、(ii)約30%至約45%的一種或更多種合適疏水性交聯低聚物和/或疏水性交聯共聚單體、(iii)約20%至約45%的一種或更多種合適溶劑，和(iv)約0.75%至約10%的自由基引發劑；2)用該均勻溶液使多孔基體飽和，接著除去多餘溶液，由此產生浸潰有並覆蓋有均勻溶液的膜的多孔基體；3)通過激活自由基引發劑固化經浸潰的多孔基體，由此導致在多孔基體內、遍布多孔基體和多孔基體附近形成均勻聚合物凝膠，從而形成彈性離子交換膜；以及4)洗滌離子交換膜以除去多餘溶劑，接著將該膜浸浴在氯化鈉溶液中以使膜轉化為氯化物形式，由此製備本發明的彈性陰離子交換膜。彈性陰離子交換膜的另一示例性製備方法包括:I)製備均勻溶液，其包含:⑴約20%至約30%的合適親水性離子單體、(ii)約35%至約40%的一種或更多種合適疏水性交聯低聚物和/或疏水性交聯共聚單體、(iii)約25%至約40%的一種或更多種合適溶劑，和(iv)約1.0%至約2.5%的自由基引發劑；2)用該均勻溶液使多孔基體飽和，接著除去多餘溶液，由此產生浸潰有並覆蓋有均勻溶液的膜的多孔基體；3)通過激活自由基引發劑固化經浸潰的多孔基體，由此導致在多孔基體內、遍布多孔基體和多孔基體附近形成均勻聚合物凝膠，從而形成彈性離子交換膜；以及4)洗滌離子交換膜以除去多餘溶劑，接著將該膜浸浴在氯化鈉溶液中以使膜轉化為氯化物形式，由此製備本發明的彈性陰離子交換膜。本發明的彈性陽離子交換膜具有如下特性:(i)膜厚度在約 0.06mm 至約 0.15mm、約 0.8mm 至約 0.13mm、約 0.9mm 至約 0.1 2mm
的範圍內；(ii)電阻在約 0.8 Ω cm2 至約 3.0 Ω cm2、約 1.0 至約 2.5 Ω cm2、約 1.1 Ω cm2 至約2.1Qcm2的範圍內；(iii)水含量在約 20wt%至約 45wt%、約 25 至約 40wt%、約 29wt%至約 36wt%的範圍內；和(iv)離子交換容量在每克幹樹脂約1.3mmol至約2.5mmol、每克幹樹脂1.5mmol至約2.2mmol、每克幹樹脂1.8mmol至約2.0mmol的範圍內。本發明的彈性陰離子交換膜具有如下特性:(i)膜厚度在約 0.06mm 至約 0.15_、約 0.8mm 至約 0.13_、約 0.9mm 至約 0.1 2mm
的範圍內；(ii)電阻在約 0.8 Ω cm2 至約 3.0 Ω cm2、約 1.0 至約 2.5 Ω cm2、約 1.1 Ω cm2 至約
2.1Qcm2的範圍內；(iii)水含量在約 20wt%至約 45wt%、約 25 至約 40wt%、約 29wt%至約 36wt%的範圍內；和(iv)離子交換容量在每克幹樹脂約1.3mmol至約2.5mmol、每克幹樹脂1.5mmol至約2.2mmol、每克幹樹脂1.8mmol至約2.0mmol的範圍內。本發明的彈性離子交換膜在波動應力-應變壓力條件下耐用，並且特別適用於諸如鹹水脫鹽、飲用水純化、廢水處理、胺基酸去礦化、乳清廢料流加工、糖漿生產、柴油燃料脫鹽、有機物質純化、從流體工藝廢料流中回收有用組分如從電鍍系統回收金屬離子等之類的應用。下面實施例將進一步舉例說明本發明。但是要理解，這些實施例僅用於舉例說明目的，而不應當用於限制本發明的範圍。實施例實施例1:示例性陽離子交換膜的製備通過將152g 二甲基乙醯胺與152g三丁胺混合在一起製備溶劑溶液。將304g親水性單體2-丙烯醯胺基-2-甲基-1-丙磺酸(AMPS)混入二甲基乙醯胺/三丁胺溶劑溶液中並溶解。用228g共聚單體二丙烯酸己二醇酯稀釋228g疏水性交聯聚氨酯低聚物二丙烯酸酯，接著加入已包含AMPS組分的溶劑溶液中。攪拌該混合物以形成均勻溶液，之後加入 15g 光引發劑Irgacure 2959 (Irgacure 是 CIBA Specialty Chemicals Corp.,Tarrytown, NY,美國的註冊商標),並使其溶解在包含親水性單體和疏水性交聯低聚物和共聚單體的溶劑混合物中。將整個均勻溶液施加到包含具有如下物理性質的SEFAR PET1500的織造織物上:(i)網目(mesh)尺寸為151 μ m，(ii)開放面積53%和(iii)網厚度為 90 μ m(SEFAR 是 SefarHolding AG, Thai, Switzerland 的註冊商標)。小心在織物上滾動輥子以除去並排除織造織物內和織造織物附近的氣泡來從織造聚酯布除去多餘的均勻溶液，由此製備均勻溶液浸潰的織造織物。用UV光(波長為300-400nm)輻射該經浸潰的織造織物8分鐘以引發親水性單體與疏水性低聚物和共聚單體的聚合，從而在織造織物內、遍布織造織物和織造織物附近形成均勻聚合物凝膠，形成均勻膜結構。將所得膜在水中徹底衝洗，接著置於10% NaCl溶液中以使得能夠離子交換從而將膜轉化為鈉形式，由此將離子交換膜轉化為陽離子交換膜。該陽離子交換膜具有如下性質:膜厚度:0.0Qmm-Q.10mm電阻:2.1-2.5 Qcm2水含量:29-3Iwt %尚子交換容量:每克幹樹脂1.9mmol0實施例2:使用單一溶劑體系製備示例性陽離子交換膜將304g AMPS與304g三丁胺溶劑(I: I)混合。不能將AMPS完全溶解在三丁胺溶劑中，即該混合物沒有形成均勻溶液。接著，將200g AMPS與304g三丁胺溶劑(I: 1.5)混合。不能將AMPS完全溶解在三丁胺溶劑中，即該混合物沒有形成均勻溶液。由此確定製備具有AMPS作為親水性離子交換組分的陽離子交換膜需要向溶劑溶液中加入二甲基乙醯胺。實施例3:示例性陰離子交換膜的製備向360g己酸中加入201g親水性單體3-甲基丙烯醯基氨丙基三甲基氯化銨(MAPTAC)，並溫和攪拌直至MAPTAC溶解。用394g疏水性交聯共聚單體二丙烯酸己二醇酯稀釋394g疏水性交聯低聚物聚氨酯低聚物二丙烯酸酯，接著攪拌成MAPTAC溶液。在該混合物已溶解成均勻溶液之後，接著將I5g Irgacure 2959攪拌並溶解進均勻溶液中。將均勻溶液施加到包含具有實施例1所公開的相同性質的SEFARk PET1500的織造織物上。小心在基材上滾動輥子以排除基材的氣泡來從基材除去多餘溶液。小心在織物上滾動輥子以除去並排除織造織物內和織造織物附近的氣泡來從織造聚酯布除去多餘的均勻溶液，由此製備均勻溶液浸潰的織造織物。用UV光(波長為300-400nm)輻射該經浸潰的織造織物8分鐘以引發親水性單體與疏水性低聚物和共聚單體的聚合，從而在織造織物內、遍布織造織物和織造織物附近形成均勻聚合物凝膠，形成均勻膜結構。將所得膜在甲醇中徹底衝洗以除去己酸溶劑，接著置於10% NaCl溶液中以使得能夠離子交換從而將膜轉化為氯化物形式，由此將離子交換膜轉化為陰離子交換膜。該陰離子交換膜具有如下性質:膜厚度:0.0Qmm-Q.10mm電阻:1.5-2.0Qcm2水含量:36_40wt%尚子交換容量:每克幹樹脂1.6mmol ο實施例4:成對的陽離子交換膜和陰離子交換膜的電滲析性能將室對組裝於24-室電滲析微堆疊體，包括3英寸X3英寸實施例1製備的陽離子交換膜和實施例3製備的陰離子交換膜的交替片材。使包含CaCl2和NaCl混合物的鹽溶液(30mS/cm， 18，000mg/L TDS)以約0.4升/小時的速率並行通過電滲析微堆疊體的稀釋/進料室和鹽水/濃縮室。在電極之間施加50-90mA的直流電。測量運行19小時、28小時和44小時後離開電滲析微堆疊體的稀釋料流中的離子濃度。圖1中數據示出整個44小時監測時段穩定降低的所有3種離子，即鈉、氯和鈣的濃度。
實施例5:配備有陰離子交換膜的擴散滲析堆疊體的擴散滲析將包括實施例3製備的陰離子交換膜的室對組裝於22-室擴散滲析微堆疊體。使包含HCl (17mg/mL)、CaCl2 (24.3mg/mL)和NaCl (4.3mg/mL)混合物的鹽溶液通過進料室，同時去離子水以約0.4升/小時的速率通過擴散滲析微堆疊體的產物室。測量運行O小時、3小時和40小時後離開擴散滲析微堆疊體的進料溶液和產物溶液的pH和電導率。表I中數據示出40小時期間進料溶液和產物溶液的pH和電導率。由於HCl從室對的進料側擴散至IJ產物側，因而離開的進料流的PH增大而其電導率減小，而離開的產物流的pH減小且其電導率增大。離子分析表明產物流的最終溶液中不存在鈣離子，僅存在痕量鈉離子。表1:
權利要求
1.一種彈性離子交換膜的製備方法，包括: 選擇多孔基體； 用包含如下組分的混合物的均勻溶液使所述多孔基體飽和: (i)親水性離子單體， ( )疏水性交聯低聚物和/或疏水性交聯共聚單體， (iii)自由基引發劑，和 (iii)選定用於將所述親水性離子單體、所述疏水性交聯低聚物和/或所述疏水性交聯共聚單體以及所述自由基引發劑溶解並維持為均勻混合物的溶劑； 從經飽和的多孔基體中除去多餘的均勻溶液以形成經浸潰的多孔基體； 激發所述自由基引發劑釋放自由基由此引發聚合反應，以形成交聯離子轉移聚合物，所述交聯離子轉移聚合物基本填滿孔並基本覆蓋所述多孔基體的表面，由此形成所述彈性離子交換膜；以及 洗滌所述彈性離子交換膜以除去多餘溶劑。
2.根據權利要求1的方法，還包括將經洗滌的彈性離子交換膜浸浴在氯化鈉溶液中。
3.根據權利要求1的方法，其中所述多孔基體選自織造織物、非織造片材和微孔基材。
4.根據權利要求1的方法，其中所述多孔基體包括選自聚酯、聚氯乙烯、低密度聚乙烯、極低密度聚乙烯、聚丙烯、聚碸、尼龍、尼龍-聚醯胺、及它們的混合物中的材料。`
5.根據權利要求4的方法，其中所述多孔基體包括選自聚乙醇酸交酯、聚乙醇酸、聚乳酸、聚己內酯、聚己二酸乙二醇酯、聚羥基鏈烷酸酯、聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚對苯二甲酸丁二醇酯、聚對苯二甲酸丙二醇酯、聚萘二酸乙二醇酯、以及由4-羥基苯甲酸和6-羥基萘-2-羧酸的混合物縮聚形成的液晶聚合物紡成的股中的聚酯材料。
6.根據權利要求1的方法，其中所述彈性離子交換膜是陽離子交換膜。
7.根據權利要求6的方法，其中所述均勻溶液包含選自2-丙烯醯胺基-2-甲基-1-丙磺酸、4-乙烯基苯磺酸鈉、3-磺丙基丙烯酸鉀、及它們的鹽中的親水性離子單體。
8.根據權利要求6的方法，其中所述均勻溶液包含2-丙烯醯胺基-2-甲基-1-丙磺酸。
9.根據權利要求6的方法，其中所述均勻溶液包含選自聚氨酯低聚物二丙烯酸酯、聚酯低聚物二丙烯酸酯、聚醚低聚物二丙烯酸酯、環氧低聚物二丙烯酸酯、聚丁二烯低聚物二丙烯酸酯、矽氧烷二丙烯酸酯、二丙烯酸己二醇酯、二丙烯酸癸二醇酯、它們的二甲基丙烯酸酯對等物、及它們的混合物中的疏水性交聯低聚物和/或疏水性交聯共聚單體。
10.根據權利要求6的方法，其中所述均勻溶液包含選自具有3個或更多個反應性乙烯基的聚氨酯低聚物、具有3個或更多個反應性乙烯基的聚酯低聚物、具有3個或更多個反應性乙烯基的聚醚低聚物、及它們的混合物中的疏水性交聯低聚物和/或疏水性交聯共聚單體。
11.根據權利要求6的方法，其中所述均勻溶液包含在用激發源激發時釋放自由基的自由基引發劑，所述激發源選自UV光輻射、熱輻射、電子束輻射和氧化還原反應。
12.根據權利要求6的方法，其中所述均勻溶液包含在用UV光輻射時釋放自由基的自由基引發劑，所述自由基引發劑選自α -羥基酮自由基引發劑、苯偶姻醚、苯偶醯縮酮、α - 二烷氧基苯乙酮、α -羥基烷基苯酮、α -氨基烷基苯酮、醯基氧化膦、苯甲酮/胺、噻噸酮/胺和二茂鈦。
13.根據權利要求12的方法，其中所述自由基引發劑為選自2-羥基-l-[4-(2-羥基乙氧基)苯基]-2-甲基-1-丙酮、2-羥基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮、1-羥基-環己基-苯基-酮、-羥基-環己基-苯基-酮:苯甲酮、及它們的混合物中的α -羥基酮。
14.根據權利要求12的方法，其中所述自由基引發劑是1-[4-(2_羥基乙氧基)苯基]-2-羥基-2-甲基-1-丙-1-酮。
15.根據權利要求6的方法，其中所述均勻溶液包含在暴露於熱輻射時釋放自由基的自由基引發劑，所述自由基引發劑選自1，Ρ -偶氮二(環己烷甲腈)、2，2'-偶氮二(異丁臆)、2,2' _偶氮二(4-甲氧基-2,4-二甲基戍臆)、2, 2' _偶氮二(2,4-二甲基戍臆)、二甲基2，2'-偶氮二(2-甲基丙酸酯)、叔戊基過氧苯甲酸酯、過氧化苯甲醯、2，2_二(叔丁基過氧)丁烷、1，1-二(叔丁基過氧)環己烷、2，5_ 二(叔丁基過氧)-2，5_二甲基己烷、2，5_ 二(叔丁基過氧)-2, 5_ 二甲基_3_己塊、二(1-(叔丁基過氧)_1_甲基乙基)苯、I，1-二(叔丁基過氧)-3，3，5_三甲基環己烷、叔丁基過氧化氫、過氧化叔丁基、過乙酸叔丁酯、過氧化環己酮、過氧化二枯基和過氧化月桂醯。
16.根據權利要求6的方法，其中所述均勻溶液包含溶劑，所述溶劑選自二甲基乙醯胺與三丁胺的混合物、二甲基乙醯胺與三烷基胺的混合物、二甲基乙醯胺與二烷基胺的混合物、二甲基乙醯胺與單烷基胺的混合物、及它們的混合物。
17.根據權利要求16的方法，其中溶劑混合物由二甲基乙醯胺與三丁胺以約1: 3至約5: I的比例組成。
18.根據權利要求16的方法，其中溶劑混合物由二甲基乙醯胺與三烷基胺以約1: 3至約5: I的比例組成。`
19.根據權利要求16的方法，其中溶劑混合物由二甲基乙醯胺與二烷基胺以約1: 3至約5: I的比例組成。
20.根據權利要求16的方法，其中溶劑混合物由二甲基乙醯胺與單烷基胺以約1: 3至約5: I的比例組成。
21.根據權利要求6的方法，其中所述均勻溶液包含濃度為約20重量％至約45重量％的二甲基乙醯胺。
22.根據權利要求1的方法，其中所述彈性離子交換膜是陰離子交換膜。
23.根據權利要求22的方法，其中所述均勻溶液包含選自3-甲基丙烯醯基氨丙基三甲基氯化銨、乙烯基苄基三甲基銨、3-丙烯醯胺基丙基三甲基氯化銨、2-丙烯醯氧基乙基三甲基氯化銨、3-甲基丙烯醯基氨丙基三甲基氯化銨、及它們的混合物中的親水性離子單體。
24.根據權利要求22的方法，其中所述均勻溶液包含選自聚氨酯低聚物二丙烯酸酯、聚酯低聚物二丙烯酸酯、聚醚低聚物二丙烯酸酯、環氧低聚物二丙烯酸酯、聚丁二烯低聚物二丙烯酸酯、矽氧烷二丙烯酸酯、二丙烯酸己二醇酯、二丙烯酸癸二醇酯、它們的二甲基丙烯酸酯對等物、及它們的混合物中的疏水性交聯低聚物和/或疏水性交聯共聚單體。
25.根據權利要求22的方法，其中所述均勻溶液包含選自具有3個或更多個反應性乙烯基的聚氨酯低聚物、具有3個或更多個反應性乙烯基的聚酯低聚物、具有3個或更多個反應性乙烯基的聚醚低聚物、及它們的混合物中的疏水性交聯低聚物和/或疏水性交聯共聚單體。
26.根據權利要求22的方法，其中所述均勻溶液包含在用激發源激發時釋放自由基的自由基引發劑，所述激發源選自UV光輻射、熱輻射、電子束輻射和氧化還原反應。
27.根據權利要求22的方法，其中所述均勻溶液包含在用UV光輻射時釋放自由基的自由基引發劑，所述自由基引發劑選自α -羥基酮自由基引發劑、苯偶姻醚、苯偶醯縮酮、α - 二烷氧基苯乙酮、α -羥基烷基苯酮、α -氨基烷基苯酮、醯基氧化膦、苯甲酮/胺、噻噸酮/胺和二茂鈦。
28.根據權利要求27的方法，其中所述自由基引發劑為選自2-羥基-1-[4-(2-羥基乙氧基)苯基]-2-甲基-1-丙酮、2-羥基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮、1-羥基-環己基-苯基-酮、-羥基-環己基-苯基-酮:苯甲酮、及它們的混合物中的α -羥基酮。
29.根據權利要求27的方法，其中所述自由基引發劑是1-[4-(2_羥基乙氧基)苯基]-2-羥基-2-甲基-1-丙-1-酮。
30.根據權利要求22的方法，其中所述均勻溶液包含在暴露於熱輻射時釋放自由基的自由基引發劑，所述自由基引發劑選自1，Ρ -偶氮二(環己烷甲腈)、2，2'-偶氮二(異丁臆)、2,2' _偶氮二(4-甲氧基-2,4-二甲基戍臆)、2, 2' _偶氮二(2,4-二甲基戍臆)、二甲基2，2'-偶氮二(2-甲基丙酸酯)、叔戊基過氧苯甲酸酯、過氧化苯甲醯、2，2_ 二(叔丁基過氧)丁烷、1，1-二(叔丁基過氧)環己烷、2，5_二(叔丁基過氧)-2，5_二甲基己烷、2，5_ 二(叔丁基過氧)-2, 5_ 二甲基_3_己塊、二(1-(叔丁基過氧)_1_甲基乙基)苯、I，1-二(叔丁基過氧)-3，3，5_三甲基環己烷、叔丁基過氧化氫、過氧化叔丁基、過乙酸叔丁酯、過氧化環己酮、過氧化二枯基、過氧化月桂醯。
31.根據權利要求22的方法，其中所述均勻溶液包含溶劑，所述溶劑為選自丁酸、戊酸、辛酸、癸酸、己酸、月桂酸、棕櫚酸、硬脂酸、花生酸、山嵛酸、及它們的混合物中的飽和脂族酸。`
32.根據權利要求31的方法，其中所述均勻溶液包含濃度為約25wt%至約45wt%的己酸。
33.根據權利要求22的方法，其中所述均勻溶液包含選自二甘醇、二甘醇、及它們的混合物中的溶劑。
34.一種由包括如下步驟的方法製備的彈性陽離子交換膜: 從聚酷、聚氣乙糹布、低S度聚乙糹布、極低S度聚乙糹布、聚丙糹布、聚諷、尼龍、尼龍_聚酸胺、及它們的混合物中選擇多孔基體； 用包含如下組分的混合物的均勻溶液使所述多孔基體飽和: (i)親水性離子單體，選自2-丙烯醯胺基-2-甲基-1-丙磺酸、4-乙烯基苯磺酸鈉、3-磺丙基丙烯酸鉀、及其鹽， ( )疏水性交聯低聚物和/或疏水性交聯共聚單體，選自聚氨酯低聚物二丙烯酸酯、聚酯低聚物二丙烯酸酯、聚醚低聚物二丙烯酸酯、環氧低聚物二丙烯酸酯、聚丁二烯低聚物二丙烯酸酯、矽氧烷二丙烯酸酯、二丙烯酸己二醇酯、二丙烯酸癸二醇酯、它們的二甲基丙烯酸酯對等物、具有3個或更多個反應性乙烯基的聚氨酯低聚物、具有3個或更多個反應性乙烯基的聚酯低聚物、具有3個或更多個反應性乙烯基的聚醚低聚物、及它們的混合物，(iii)自由基引發劑，選自2-羥基-l-[4-(2-羥基乙氧基)苯基]-2-甲基-1-丙酮、2-羥基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮、1-羥基-環己基-苯基-酮、-羥基-環己基-苯基-酮:苯甲酮、1，1'-偶氮二(環己烷甲腈)、2，2'-偶氮二(異丁腈)、`2，2'-偶氮二(4-甲氧基-2,4-二甲基戍臆)、2, 2' _偶氮二(2,4-二甲基戍臆)、二甲基2, 2'-偶氮二(2-甲基丙酸酯)、叔戊基過氧苯甲酸酯、過氧化苯甲醯、2，2_ 二(叔丁基過氧)丁烷、`1，1_ 二(叔丁基過氧)環己燒、2, 5_ 二(叔丁基過氧)-2, 5_ 二甲基己燒、2, 5_ 二(叔丁基過氧)-2, 5_ 二甲基_3_己塊、二(1-(叔丁基過氧)_1_甲基乙基)苯、`1，1_ 二(叔丁基過氧)-3，3，5-三甲基環己烷、叔丁基過氧化氫、過氧化叔丁基、過乙酸叔丁酯、過氧化環己酮、過氧化二枯基、過氧化月桂醯，以及 (iii)用於將所述親水性離子單體、所述疏水性交聯低聚物和/或所述疏水性交聯共聚單體、所述自由基引發劑溶解並維持為單相混合物的溶劑，其中所述溶劑是二甲基乙醯胺、或二甲基乙醯胺與三丁胺比例為約1: 3至約5:1的混合物中的一種； 從經飽和的多孔基體中除去多餘的均勻溶液以形成經浸潰的多孔基體； 激發所述自由基引發劑釋放自由基由此引發聚合反應，以形成交聯離子轉移聚合物，所述交聯離子轉移聚合物基本填滿孔並基本覆蓋所述多孔基體的表面，由此形成所述彈性`離子交換膜；以及 洗滌所述彈性離子交換膜以除去多餘溶劑。
35.根據權利要求34的彈性陽離子交換膜，其中將經洗滌的彈性離子交換膜浸浴在氯化鈉溶液中。
36.根據權利要求34的彈性陽離子交換膜，其中所述多孔基體選自織造織物、非織造片材或微孔基材。
37.一種由包括如下步驟的方法製備的彈性陰離子交換膜: 從聚酷、聚氣乙糹布、低S度聚乙糹`布、極低S度聚乙糹布、聚丙糹布、聚諷、尼龍、尼龍_聚酸胺、及它們的混合物中選擇多孔基體`； 用包含如下組分的混合物的均勻溶液使所述多孔基體飽和: (i)親水性離子單體，選自3-甲基丙烯醯基氨丙基三甲基氯化銨、乙烯基苄基三甲基銨、3-丙烯醯胺基丙基三甲基氯化銨、2-丙烯醯氧基乙基三甲基氯化銨、3-甲基丙烯醯基氨丙基三甲基氯化銨、及它們的混合物， ( )疏水性交聯低聚物和/或疏水性交聯共聚單體，選自聚氨酯低聚物二丙烯酸酯、聚酯低聚物二丙烯酸酯、聚醚低聚物二丙烯酸酯、環氧低聚物二丙烯酸酯、聚丁二烯低聚物二丙烯酸酯、矽氧烷二丙烯酸酯、二丙烯酸己二醇酯、二丙烯酸癸二醇酯、它們的二甲基丙烯酸酯對等物、具有3個或更多個反應性乙烯基的聚氨酯低聚物、具有3個或更多個反應性乙烯基的聚酯低聚物、具有3個或更多個反應性乙烯基的聚醚低聚物、及它們的混合物，(iii)自由基引發劑，選自2-羥基-l-[4-(2-羥基乙氧基)苯基]-2-甲基-1-丙酮、2-羥基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮、1-羥基-環己基-苯基-酮、-羥基-環己基-苯基-酮:苯甲酮、1，1'-偶氮二(環己烷甲腈)、2，2'-偶氮二(異丁腈)、`2，2'-偶氮二(4-甲氧基-2,4-二甲基戍臆)、2, 2' _偶氮二(2,4-二甲基戍臆)、二甲基2, 2'-偶氮二(2-甲基丙酸酯)、叔戊基過氧苯甲酸酯、過氧化苯甲醯、2，2_ 二(叔丁基過氧)丁烷、`1，1_ 二(叔丁基過氧)環己燒、2, 5_ 二(叔丁基過氧)-2, 5_ 二甲基己燒、2, 5_ 二(叔丁基過氧)-2, 5_ 二甲基_3_己塊、二(1-(叔丁基過氧)_1_甲基乙基)苯、`1，1_ 二(叔丁基過氧)-3，3，5-三甲基環己烷、叔丁基過氧化氫、過氧化叔丁基、過乙酸叔丁酯、過氧化環己酮、過氧化二枯基、過氧化月桂醯，以及 (iii)用於將所述親水性離子單體、所述疏水性交聯低聚物和/或所述疏水性交聯共聚單體、所述自由基引發劑溶解並維持為單相混合物的溶劑，其中所述溶劑是選自辛酸、癸酸、己酸、月桂酸、棕櫚酸、硬脂酸、花生酸、山嵛酸、及它們的混合物中的飽和脂族脂肪酸；從經飽和的多孔基體中除去多餘的均勻溶液以形成經浸潰的多孔基體； 激發所述自由基引發劑釋放自由基由此引發聚合反應，以形成交聯離子轉移聚合物，所述交聯離子轉移聚合物基本填滿孔並基本覆蓋所述多孔基體的表面，由此形成所述彈性離子交換膜； 洗滌所述彈性離子交換膜以除去多餘溶劑。
38.根據權利要求37的彈性陰離子交換膜，其中將經洗滌的彈性離子交換膜浸浴在氯化鈉溶液中。
39.根據權利要求37的彈性陰離子交換膜，其中所述多孔基體選自織造織物、非織造片材或微孔基材。
40.根據權利要求37的彈性陰離子交換膜，其中所述溶劑選自二甘醇、二甘醇、及它們的混合物。
41.一種彈性陽離子交換膜，包括: 多孔基體，選自聚酯、聚氯乙烯、低密度聚乙烯、極低密度聚乙烯、聚丙烯、聚碸、尼龍、尼龍-聚醯胺、及它們的混合物； 親水性離子單體，選自2-丙烯醯胺基-2-甲基-1-丙磺酸、4-乙烯基苯磺酸鈉、3-磺丙基丙烯酸鉀、及其鹽；和 疏水性交聯低聚物和/或疏水性交聯共聚單體，選自聚氨酯低聚物二丙烯酸酯、聚酯低聚物二丙烯酸酯、聚醚低聚物二丙烯酸酯、環氧低聚物二丙烯酸酯、聚丁二烯低聚物二丙烯酸酯、矽氧烷二丙烯酸酯、二丙烯酸己二醇酯、二丙烯酸癸二醇酯、它們的二甲基丙烯酸酯對等物、具有3個或更多個反應性乙烯基的聚氨酯低聚物、具有3個或更多個反應性乙烯基的聚酯低聚物、具有3個或更多個反應性乙烯基的聚醚低聚物、及它們的混合物。
42.一種彈性陰離子交換膜，包括: 多孔基體，選自聚酯、聚氯乙烯、低密度聚乙烯、極低密度聚乙烯、聚丙烯、聚碸、尼龍、尼龍-聚醯胺、及它們的混合物； 親水性離子單體，選自3-甲基丙烯醯基氨丙基三甲基氯化銨、乙烯基苄基三甲基銨、3-丙烯醯胺基丙基三甲基氯化銨、2-丙烯醯氧基乙基三甲基氯化銨、3-甲基丙烯醯基氨丙基三甲基氯化銨、及它們的混合物； 疏水性交聯低聚物和/或疏水性交聯共聚單體，選自聚氨酯低聚物二丙烯酸酯、聚酯低聚物二丙烯酸酯、聚醚低聚物二丙烯酸酯、環氧低聚物二丙烯酸酯、聚丁二烯低聚物二丙烯酸酯、矽氧烷二丙烯酸酯、二丙烯酸己二醇酯、二丙烯酸癸二醇酯、它們的二甲基丙烯酸酯對等物、具有3個或更多個反應性乙烯基的聚氨酯低聚物、具有3個或更多個反應性乙烯基的聚酯低聚物、具有3個或更多個反應性乙烯基的聚醚低聚物、及它們的混合物。
全文摘要
彈性離子交換膜的製備方法，該方法包括步驟(1)選擇多孔基體；(2)用包含如下組分的均勻溶液使多孔基體飽和(i)親水性離子單體、(ii)疏水性交聯低聚物和/或共聚單體、(iii)自由基引發劑和(iii)用於將親水性離子單體、疏水性交聯低聚物和/或共聚單體、自由基引發劑溶解成均勻混合物的溶劑；(3)從經飽和的多孔基體中除去多餘的均勻溶液；(4)激發自由基引發劑釋放自由基由此引發反應聚合以形成交聯離子轉移聚合物，該聚合物基本填滿孔並基本覆蓋多孔基體的表面，由此形成膜；(5)洗滌膜以除去多餘溶劑；和(6)任選將經洗滌的膜浸浴在氯化鈉溶液中，以選擇性將鈉或氯離子交聯至離子轉移聚合物之上和之內。
文檔編號B01D71/76GK103201025SQ201180053403
公開日2013年7月10日 申請日期2011年10月4日 優先權日2010年10月4日
發明者尹向春, 周鍾元 申請人:蘇特沃克技術有限公司