高浓度全氟磺酸树脂溶液制备方法与全氟磺酸离子交换膜与流程

本发明涉及离子交换膜，具体涉及高浓度全氟磺酸树脂溶液制备方法与全氟磺酸离子交换膜。

背景技术：

1、目前全氟磺酸离子交换膜的制备方法主要有熔融挤出成膜法和溶液成膜法。熔融挤出法制备工艺复杂，对设备要求很高，设备的造价也就很高。溶液成膜法包括溶液浇注成型法和溶液流延法，流延法适合大批量生产。在成膜之前需要先制备树脂溶液，乙醇水溶液、异丙醇水溶液、dmf、1,2丙二醇等均可制备树脂溶液。

2、如果用dmf制备树脂溶液，需要加热到180℃~210℃恒温4小时后，可制得质量分数5%的树脂溶液。在树脂和dmf溶液中，树脂含量超过质量分数6%或者温度受热不均匀的情况下就会产生胶冻（这是高分子溶液的一种常见现象）：在适当条件下失去流动性，变成弹性半固体状态，叫做凝胶，液体含量较多的凝胶也叫做胶冻。树脂溶液产生胶冻的过程，可看作溶胶聚沉过程中的一个阶段，胶凝时胶体失去聚结果稳定性，但仍有动力学稳定性，是特殊的半固体状态，胶体质点相互联结，形成网状结构，结构空隙中填满液体，不生成沉淀。

3、有了胶冻的溶液，其分散均匀性变差，成膜后各个位置的厚度值偏差大，膜的电导率不稳定且重复性差，影响使用。因此全氟磺酸溶液的分散均匀性是一个重要的指标，制备分散均匀的树脂溶液是保障离子交换膜良好性能的前提。胶冻的固含量可能低于溶液的固含量，而且胶冻流动性差。树脂含量低于质量分数15%，无法使用流延机成膜。而制备质量分数15%以上的高浓度树脂溶液，特别容易出现胶冻，目前工艺复杂，无简单有效的方法。

技术实现思路

1、本发明旨在至少解决现有技术或相关技术中存在的技术问题之一。

2、为此，本发明的第一方面，提供一种高浓度全氟磺酸树脂溶液的制备方法，包括：

3、把质量分数4%~6%的全氟磺酸树脂溶液加热到80℃~120℃，制备质量分数20%~30%的胶冻树脂溶液；

4、再加入溶剂，制备质量分数15%~25%的胶冻树脂溶液；

5、对质量分数15%~25%的胶冻树脂溶液进行均质处理，得到高浓度全氟磺酸树脂溶液。

6、进一步地，所述全氟磺酸树脂溶液的溶剂包括n，n-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜或二甲基乙酰胺中的一种。

7、进一步地，所述全氟磺酸树脂溶液中的全氟磺酸树脂，ew值为700~1300，包括：全新的全氟磺酸树脂和/或氯碱离子膜回收的全氟磺酸树脂。

8、进一步地，控制均质后的全氟磺酸树脂的粒径不大于1微米。

9、进一步地，均质方法包括：均质压力为80mpa~100mpa，均质时间为4小时~6小时。

10、本发明的第二方面，提供一种全氟磺酸离子交换膜，制备方法包括：

11、采用上述的高浓度全氟磺酸树脂溶液的制备方法，制备得到的所述高浓度全氟磺酸树脂溶液在流延机上成膜，得到所述全氟磺酸离子交换膜。

12、进一步地，所述制备方法还包括：流延机上成膜前的脱泡处理，脱泡方法包括：把所述高浓度全氟磺酸树脂溶液置于脱泡机中，真空放置8小时~10小时。

13、进一步地，所述流延机上成膜，方法包括：把所述高浓度全氟磺酸树脂溶液放入流延机，通过控制涂覆厚度，得到需要厚度的全氟磺酸离子交换膜。

14、进一步地，所述全氟磺酸离子交换膜的厚度范围25μm ~125μm，厚度偏差小于7%。

15、与现有技术相比，本发明至少存在如下有益效果：

16、本发明提供的高浓度全氟磺酸树脂溶液，制备方法简单，可准确控制高浓度全氟磺酸树脂溶液的浓度，质量稳定，适合规模化推广；得到的高浓度全氟磺酸树脂溶液直接用于流延机制备全氟磺酸离子交换膜，工艺简单，质量稳定，适合规模化推广；得到的全氟磺酸离子交换膜厚度偏差小于7%，可用于燃料电池、液流电池、电解水制氢、电解电镀等等电化学领域。

技术特征：

1.一种高浓度全氟磺酸树脂溶液的制备方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的高浓度全氟磺酸树脂溶液的制备方法，其特征在于，所述全氟磺酸树脂溶液的溶剂包括n，n-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜或二甲基乙酰胺中的一种。

3.根据权利要求1所述的高浓度全氟磺酸树脂溶液的制备方法，其特征在于，所述全氟磺酸树脂溶液中的全氟磺酸树脂，ew值为700~1300，包括：全新的全氟磺酸树脂和/或氯碱离子膜回收的全氟磺酸树脂。

4.根据权利要求1所述的高浓度全氟磺酸树脂溶液的制备方法，其特征在于，控制均质后的全氟磺酸树脂的粒径不大于1微米。

5.根据权利要求4所述的高浓度全氟磺酸树脂溶液的制备方法，其特征在于，均质方法包括：均质压力为80mpa~100mpa，均质时间为4小时~6小时。

6.一种全氟磺酸离子交换膜，其特征在于，制备方法包括：

7.根据权利要求6所述的全氟磺酸离子交换膜，其特征在于，所述制备方法还包括：流延机上成膜前的脱泡处理，脱泡方法包括：把所述高浓度全氟磺酸树脂溶液置于脱泡机中，真空放置8小时~10小时。

8.根据权利要求6所述的全氟磺酸离子交换膜，其特征在于，所述流延机上成膜，方法包括：把所述高浓度全氟磺酸树脂溶液放入流延机，通过控制涂覆厚度，得到需要厚度的全氟磺酸离子交换膜。

9.根据权利要求6所述的全氟磺酸离子交换膜，其特征在于，所述全氟磺酸离子交换膜的厚度范围25μm ~125μm，厚度偏差小于7%。

技术总结本发明公开了一种高浓度全氟磺酸树脂溶液的制备方法与全氟磺酸离子交换膜，涉及离子交换膜技术领域。高浓度全氟磺酸树脂溶液的制备方法包括：把质量分数4%~6%的全氟磺酸树脂溶液加热到80℃~120℃，制备质量分数20%~30%的胶冻树脂溶液；再加入溶剂，制备质量分数15%~25%的胶冻树脂溶液；对质量分数15%~25%的胶冻树脂溶液进行均质处理。全氟磺酸离子交换膜，制备方法包括：将高浓度全氟磺酸树脂溶液，在流延机上成膜，得到全氟磺酸离子交换膜。本发明是一种简单有效的获得高浓度全氟磺酸树脂溶液的方法，得到的高浓度全氟磺酸树脂溶液直接用于流延机制备全氟磺酸离子交换膜，工艺简单，质量稳定，适合规模化推广。技术研发人员：高洪图,于洋,秦宇,王志博,王乐成受保护的技术使用者：沈阳恒久安泰环保与节能科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/8/27