液（实例1)通过混合52.53g 65 %二烯丙基二甲基氯化铵 (DADMAC1)溶液、19.14g N-(羟甲基）丙烯酰胺(NHMA)、16.13g甲基丙烯酰胺(MAA)、4.55g 96%甲磺酸(MeS03H)溶液和2.65g反渗透的渗透水(R0水)来制备。
[0047] 将DADMAC1溶液和R0水在250ml烧杯中称重。接着，将ΝΗΜΑ和MAA甲基丙烯酰胺添加 到烧杯中。使用磁性搅拌器将溶液搅拌约15分钟。接着，在继续搅拌的情况下，将甲磺酸添 加到以上溶液中。提高温度至约33°C至38°C。进一步搅拌溶液约30分钟至45分钟，在此期 间，温度恢复至室温，并且所有固体溶解，形成均匀溶液。
[0048] 将一克催化剂2,2'-偶氮双[2-(2-咪唑啉-2-基）丙烷]二盐酸盐溶解于5g R0水 中。催化剂2，2'_偶氮双[2-(2-咪唑啉-2-基)丙烷]二盐酸盐作为VA-044商购获得。接着，将 2，2 偶氮双[2-( 2-咪唑啉-2-基)丙烷]二盐酸盐溶液添加到均匀溶液中并继续搅拌10分 钟至15分钟，以产生第一实例性可固化溶液(实例1)。
[0049] 然后根据以下方法将第一实例性可固化溶液固化以产生离子交换膜。
[0050] 将6〃x 6〃Mylar聚酯薄膜片放置于6〃x 6〃玻璃板上，并且将第一实例性可固化溶 液添加到Mylar聚酯薄膜盘。将丙烯酸布放置于Mylar聚酯薄膜片上，并且将第一实例性可 固化溶液铺展在丙烯酸布上。将更多第一实例性可固化溶液添加到丙烯酸布上。将第二 Mylar聚酯薄膜盘放置于丙烯酸布上，并且然后将任何过量的第一实例性可固化溶液除去。 将另一玻璃板放置于第二Mylar聚酯薄膜盘的顶部。长尾夹夹紧玻璃/Mylar聚酯薄膜/丙烯 酸布/Mylar聚酯薄膜/玻璃以形成夹层。将夹层在85°C烘箱中加热60分钟。在烘箱中时，第 一实例性可固化溶液固化成交联的固体聚合物膜。在固化之后，将夹层移出并使其冷却至 室温。然后将夹层拆卸，并且将聚合物膜浸透于NaHC0 3浴中。
[0051] 在浸透之后，聚合物膜的离子交换容量和含水量通过以下实例性过程来表征。
[0052] 从固体聚合物膜切下两个3〃x0.75〃条带并将所述条带放置于250ml锥形烧瓶中。 将100ml 1N氯化钠溶液添加到烧瓶中，并且振摇烧瓶30分钟。用100ml去离子(DI)水替换1N 氯化钠溶液并且再继续振摇30分钟。将此洗涤步骤重复三次。接着将膜条带浸透于1N NaN03溶液中并振摇30分钟。此后，将膜条带从烧瓶中移出并用去离子水冲洗。使用吸附纸 吸干膜表面上的任何过量水，并且记录膜的湿重(W湿）。然后将膜条带于120°C烘箱中干燥 至少30分钟。然后将膜条带从烘箱移出，并且记录干重(W干）。
[0053]为测量氯离子的浓度，在K2Cr〇4指示剂存在下用0.1N AgN03溶液(在滴定管中）滴 定烧瓶的IN NaN03溶液。记录0.1 N AgN03溶液的初始体积(Vi)和最终体积(Vf)。
[0054]然后根据以下等式计算膜的离子交换容量和含水量：
[0055] IEC(以meq/g计）=[(0.1 N AgN03的滴定体积)x(AgN03的当量浓度)/(W干-布背衬重 量）]x 1000
[0056] 含水量（％) = [(W?-W干)/(W湿-布背衬重量）]x 100
[0057] 通过以下实例性过程分析固体聚合物膜的厚度和面积电阻。从固体聚合物膜切下 另一3〃x0.75〃条带并将所述条带放置于100ml塑料瓶中。将80ml 1N氯化钠溶液添加到瓶 中，并且振摇瓶30分钟。丢弃溶液，并且将膜条带于80ml去离子水中洗涤三次。然后将膜条 带在瓶中浸透于0.01N氯化钠溶液中并继续振摇至少30分钟。然后使用测厚仪测量膜条带 的厚度。
[0058]通过将膜条带放置在连接到导电率/电阻率计的两个铂电极之间来测量电阻。将 记录的电阻乘以电极面积以获得面积电阻。
[0059] 由第一实例性可固化溶液制成的离子交换膜具有以下特性：
[0060] 离子交换容量= 2.21meq/dg
[0061] 含水量=46.9%
[0062] 膜厚度=〇.63_
[0063] 面积电阻= 13.9欧姆-平方厘米
[0064] 使用与实例1所述相同的实例性过程制备七种其他实例性可固化溶液（实例2至 8)。以下表1汇总用于制备所有八种实例性可固化溶液的化学组分的量(克）。
[0065] 表1-用于制备实例性可固化溶液的化学组分和量。
[00661
[0067] 实例1、2、3和8均包括DADMAC1、NHMA和MAA作为化学组分的一部分。实例4和5均包 括DADMACUNHMA和AA作为化学组分的一部分。实例6和7均包括DADMAC1、NMMAA和MAA作为化 学组分的一部分。
[0068] 如上文对于实例1所述的，将实例性可固化溶液(实例2至8)固化以形成离子交换 膜。分析聚合物膜的离子交换容量(meq/dg)和含水量（％ )。进一步分析由第一、第二、第三、 第四、第五和第八实例性可固化溶液制成的离子交换膜的膜厚度(mm)和面积电阻(欧姆-平 方厘米）。
[0069] 以下表2汇总用所有八种实例性可固化溶液产生的离子交换膜的分析结果。
[0070]
[0071] N/A表示值未测量。
[0072]这些实例提供离子交换容量(meq/dg)、含水量（％ )、膜厚度(mm)和面积电阻（欧 姆-平方厘米)的值的范围。发明人预期，其他范围也将提供有用的离子交换膜。其他合适的 范围可能较窄，或其他合适的范围可能较宽，例如宽至少50%。
[0073]本说明书使用实例来公开本发明，包括最佳模式，同时也让所属领域的任何技术 人员能够实施本发明，包括制作和使用任何器件或系统，以及实施任何涵盖的方法。本发明 的可获专利范围由权利要求书限定，并且可包括所属领域技术人员能想到的其他实例。
【主权项】
1. 一种阴离子交换聚合物组合物，所述阴离子交换聚合物组合物包括交联剂单体与阳 离子单体之间发生反应的反应产物，其中所述交联剂单体是第一交联单体与第二交联单体 之间第一反应的第一反应产物，并且其中所述阳离子单体包括季锭基。2. 根据权利要求1所述的阴离子交换聚合物组合物，其中所述阳离子单体是二締丙基 二甲基氯化锭。3. 根据权利要求1或2所述的阴离子交换聚合物组合物，所述阴离子交换聚合物组合物 包括多个具有下式的结构单元：其中R、R' = Η或C也并且χ- = cr或S〇42-。4. 根据权利要求1至3中任一项所述的阴离子交换聚合物组合物，其中所述第一交联单 体具有下式：其中R = Η或C出。5. 根据权利要求1至4中任一项所述的阴离子交换聚合物组合物，其中所述第二交联单 体具有下式：其中R' = Η或C也。6. 根据权利要求1至5中任一项所述的阴离子交换聚合物组合物，其中所述交联剂单 体、所述阳离子单体、所述第一交联单体和所述第二交联单体是水溶性的。7. -种用于制备阴离子交换聚合物的方法，所述方法包括W下步骤： a. 制备水性可固化溶液；W及 b. 固化所述可固化溶液， 其中步骤(a)包括将化学组分和水混合的步骤， 其中所述化学组分包括第一交联单体、第二交联单体、包括季锭基的阳离子单体和酸， 其中，所述第一交联单体具有下式：其中R = Η或C也，W及 所述第二交联单体具有下式：其中R' = Η或C也。8. 根据权利要求7所述的方法，其中所述步骤(a)在室溫下进行。9. 根据权利要求7或8所述的方法，其中所述步骤(b)包括加热所述可固化溶液的步骤。10. 根据权利要求7至9中任一项所述的方法，其中所述步骤(a)还包括添加催化剂的步 骤。11. 根据权利要求7至10中任一项所述的方法，所述方法还包括在所述步骤(a)之后和 在所述步骤(b)之前添加催化剂的步骤。12. 根据权利要求7至11中任一项所述的方法，其中所述阳离子单体是二締丙基二甲基 氯化锭。13. -种包括阴离子交换聚合物的膜，所述阴离子交换聚合物包括多个具有下式的结 构单元：其中R、R' = Η或C也并且χ- = cr或S〇42-。14. 根据权利要求13所述的膜，其中所述阴离子交换聚合物由支撑膜或织物支撑。15. 根据权利要求13或14所述的膜，其中所述膜具有约30%至约50%的含水量。16. 根据权利要求13至15中任一项所述的膜，其中所述膜是具有约1.0(meq/dg)至约 2.6(meq/dg)的离子交换容量的离子交换膜。
【专利摘要】本发明公开一种离子交换聚合物。所述离子交换聚合物是交联剂单体与阳离子单体之间发生反应的反应产物。所述交联剂单体是第一交联单体与第二交联单体之间发生反应的反应产物。此外，所述阳离子单体包括季铵基。本发明还公开一种用于制备离子交换聚合物的方法。所述方法包括制备可固化溶液的步骤和固化所述可固化溶液的步骤。制备所述可固化溶液的所述步骤包括将一对交联单体、包括季铵基的阳离子单体和酸混合。本发明还公开一种膜。所述膜包括通过所提供的所述方法制成的所述离子交换聚合物。
【IPC分类】C08J5/22, B01J47/12, B01J41/12
【公开号】CN105555405
【申请号】CN201380079659
【发明人】Y.高, R.J.麦克唐纳德, 张凯, 赵永红
【申请人】通用电气公司
【公开日】2016年5月4日
【申请日】2013年9月17日
【公告号】CA2923167A1, EP3046669A1, WO2015041629A1