CN114351500B - 一种可重复使用的全氟离子交换膜用离型纸 - Google Patents

Abstract

本发明属于离型纸技术领域，特别涉及一种可重复使用的全氟离子交换膜用离型纸。本发明的离型纸包括原纸及涂覆于原纸表面的离型剂，所述离型剂包括有机硅离型剂，所述原纸为本白牛皮纸，所述原纸的光洁度为2～5μm，所述离型纸的透气度为0.05～1.3μm/(Pa·s)。本发明的离型纸通过控制原纸的透气度及离型剂的用量，使得其具有良好的抗张强度、耐撕裂强度及使用性能；离型纸不易撕裂，重复利用率高，有利于环境保护和降低碳排放量；能够在高温下用于制备全氟离子交换膜，制得的全氟离子交换膜热收缩率较低，表面无纸屑残留。

Description

一种可重复使用的全氟离子交换膜用离型纸

技术领域

本发明属于离型纸制造技术领域，尤其涉及一种可重复使用的全氟离子交换膜用离型纸。

背景技术

氯碱工业用全氟离子交换膜的制造方法如下：将预先制备好的离子膜基膜与增强网层叠平铺在附有离型纸的加热源上，通过压力或真空的作用将其复合在一起。全氟离子交换膜的加工过程中，将前体膜与增强网布复合在一起时工艺温度要达到200℃以上，持续时间也较长，这就对全氟离子交换膜用离型纸的耐温性能提出了极高的要求。此外，离型纸的透气性、表面洁净度、高温下的力学强度等性能，对于离型纸在离子交换膜加工过程中的应用也有较大的影响，当前市售纸张无法应用于氯碱膜的生产。

中国实用新型专利CN201546122U(申请号为CN200920252788.X)介绍了一种用于氯碱膜制备的隔离纸，它由木浆层和涂层组成，涂层涂敷于木浆层的上表面，木浆层厚度为90～200g/m²，涂层厚度为0.0005～0.002mm。上述隔离纸的优点在于：透气、耐高温；平整、挺阔、防潮、强度高；性能稳定，容易根据需要规格进行分切，方便使用；生产工艺简单，制造成本低。然而此专利没有对离型力进行阐述。随着氯碱离子交换膜加工技术的进步，氯碱膜加工过程中对离型纸的要求也越来越高。实用新型专利CN201546122U(申请号为CN200920252788.X)中提到，木浆层上表面光洁度为0.8～1.6μm，而为了达到这一性能要求，木浆层在涂覆隔离剂之前，需要进行压光，才能使木浆层表面光滑、密实、无纸毛。然而压光过程控制不当会造成木浆层力学性能的下降或者不同区域力学性能差异较大，影响木浆层的正常使用。

在离子膜复合过程中，离子膜基膜与增强网在高温下，都会表现出宽度受热收缩的现象。为了遏制离子膜基膜与增强网在高温下的收缩现象，需要控制基膜与离型纸的离型力、离型纸的表面光洁度等。若全氟离子交换膜的基膜与离型纸之间的离型力较小，或者离型纸表面光洁度较小，在复合过程中，离型纸不能够对基膜与增强网的复合基体起到很好的固定作用，基体宽度将收缩严重，从而影响收卷幅宽，最终影响成品的裁切宽度。另外，离型纸表面光洁度过小，还会导致复合过程中离型纸在离子膜表面印花深度偏低，不利于增强网中牺牲纤维在后续加工单元的溶解及牺牲纤维溶解后形成溶液通道与基膜表面的连通，使得离子膜在使用过程中电化学性能下降。若基膜与离型纸之间的离型力较大，在复合过程中，离型纸对基膜与增强网的复合基体的固定作用力偏大，在膜纸分离时困难，从而容易有纸屑仍粘附于复合膜表面，将影响离子膜的表观洁净，及影响后续工序中涂层的附着。

由于上述条件的限制，开发一种能够重复利用、平滑度适中、耐热性能和透气性较好的离型纸对于全氟离子交换膜综合生产费用的降低、资源利用率的提高都有重要的意义。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供一种可重复使用的全氟离子交换膜用离型纸，所述离型纸在基膜与增强网的复合过程中，对基膜与增强网的复合基体起到很好的固定作用，减少基体在横幅宽度的收缩，从而增加成品幅宽，提高成品率；复合膜与离型纸之间的粘附作用力控制到较小水平，防止膜纸不易分离甚至无法分离的现象，提高劳动效率和成品率；有效降低离型纸表面碎屑粘附于复合膜表面，将影响离子膜的表观洁净，及影响后续工序中涂层的附着；另外，该离型纸能够重复使用，使用五次以后，仍然具备较好的性能。

本发明为实现上述目的所采取的技术方案如下：

一种可重复使用的全氟离子交换膜用离型纸，其特征在于，包括原纸及涂覆于原纸表面的离型剂，所述离型剂包括有机硅离型剂，所述原纸为本白牛皮纸，所述原纸的光洁度为2～5μm，所述离型纸的透气度为0.05～1.3μm/(Pa·s)，所述离型纸在70℃下热处理20h后的离型力为15～45g/25mm，所述离型纸在260℃下热处理10min后的离型力＜100g/25mm。

为了保证使用时离型纸与基膜保持良好的接触，使基膜在高温状态下不出现缩边现象，保证基膜在整个横幅上厚度的均匀性，同时减少因为缩边导致的边缘裁切，提高原料的利用率，将原纸的光洁度控制在2～5μm、离型纸的透气度控制在0.05～1.3μm/(Pa·s)；离型纸的透气度低于1.3μm/(Pa·s)，能够防止离型纸上微孔过大，避免基膜在高温熔融状态下向微孔内渗透、造成增强网布复合深度过大以及膜表面的过度损伤，避免成品膜对严酷使用环境耐受能力的下降，能够保证离子膜生产过程中产品的良率。另外，在基膜与增强网的复合过程中，原纸的粗糙表面能够在离子膜表面印上足够深的无规纹路，这些无规纹路对于全氟离子交换膜的使用起着重要作用，这是因为：离子膜在使用过程中需要经过一个离子化的过程，该过程中，离子膜浸泡在离子化溶液中，膜内增强网中的牺牲纤维与离子化溶液发生化学反应，反应产物进入离子化溶液中，从而在牺牲纤维原来的位置形成孔洞；只有当离子膜表面的无规纹路足够深时，离子化溶液才能够顺畅地进入膜内与增强网中的牺牲纤维充分接触、反应，并保证含有高反应产物浓度的离子化溶液与外部新鲜溶液进行交换，保证牺牲纤维反应溶解过程的顺利完成。

优选的，所述离型纸在70℃下热处理20h后的离型力为15～25g/25mm。

优选的，所述离型纸在260℃下热处理10min后的离型力小于50g/25mm。

离型纸经历高温后，离型力会因为离型剂的损失而变大，导致基膜与离型纸之间离型力增加，基膜表面粘纸会降低生产效率，更严重的会造成成品率下降。本申请的离型纸在260℃下热处理10min后的离型力＜50g/25mm，一方面，该离型纸不仅能够满足其使用要求，而且在使用过一次甚至多次之后，离型力的大小仍然能够满足使用要求(≤130g/25mm)，因此该离型纸能够实现多次重复使用，由于纸的生产是一个高污染、高能耗的过程，提高纸资源的使用次数，能够明显减少纸的使用量，这对于降低碳排放有明显的益处，另外，还能减少离型纸成本在氯碱离子交换膜生产成本中所占的比例，提高综合生产效益。

原纸的光洁度值越小表明纸张越平滑，光洁度较大时，离型纸对基膜与增强网的复合基体固定作用会越强，光洁度大，离型纸的粗糙度越大，摩擦力越大。

优选的，所述原纸的厚度为110～180μm、所述原纸的透气度为0.8～2.5μm/(Pa·s)。

优选的，所述离型纸上离型剂的用量为0.8～3g/m²。

在透气度为0.8～2.5μm/(Pa·s)的原纸上均匀涂布一定量的离型剂，即可控制离型纸的透气度介于0.05～1.3μm/(Pa·s)之间。单独通过控制离型剂的用量来控制离型纸的透气度存在精度要求高、不易控制的问题，通过控制原纸的透气度和离型剂的用量来控制离型纸的透气度，可操作范围增大，操作难度显著降低，能源消耗和人力资源消耗显著降低。

优选的，所述原纸的抗张强度大于6kN/m。

原纸的抗张强度是决定离型纸在经过高温处理之后的抗张强度的主要因素，本发明的原纸的抗张强度大于6kN/m，能够满足离型纸高温处理之后的抗张强度的要求。

优选的，所述离型纸的耐撕裂力大于1.2N。

离型纸的耐撕裂力大于1.2N时能保证其在生产应用中不易被撕裂，从而避免生产效率的降低和生产成本的增加。

优选的，所述离型纸在260℃的空气中处理3min后，所述离型纸的抗张强度大于6kN/m。

纸在经过高温处理后，易出现强度下降，并且强度下降主要发生在第一次高温处理之后，本发明要求保护的技术内容中，离型纸经过高温处理后，其抗张强度大于6kN/m，以保证离型纸在多次重复使用时强度仍满足要求，不至因为抗张力过大而造成断纸。

优选的，所述离型纸在260℃的空气中处理3min后，重量损失≤10％。

如上述离型纸在全氟离子交换膜制备中的应用，其特征在于，将基膜和增强网层叠后置于离型纸涂有离型剂的上表面，原纸朝下，将离型纸水平放置在加热源上，然后从离型纸底部抽真空，并于230～270℃下热处理0.5～2min，基膜和增强网复合后从离型纸表面剥离，得到全氟离子交换膜。

所述基膜为中国专利CN101773788A(申请号为CN200910231445.X)中所述含氟离子交换树脂基膜。

所述增强网由经纱和纬纱编织构成，纬纱采用70d聚四氟乙烯圆纤维；经纱采用70d聚四氟乙烯圆纤维(含氟聚合物纤维)和规格为15d/6F的可水解聚酯半消光拉伸变形丝(可水解聚合物纤维)，含氟聚合物纤维和可水解聚合物纤维在相邻两根纬纱之间扭绞两次，编织密度为16格/cm。

本发明实施例提供的一个或多个技术方案，至少具有以下技术效果：

1、本发明的离型纸能够满足含氟离子交换膜生产过程中对于离型纸在高温下的耐受能力，具备良好的离型力、抗张强度和耐撕裂强度；

2、本发明的离型纸能重复利用，极大的提高了离型纸的利用率，节约成本，有利于环境保护、降低碳排放量。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明作详细描述。有必要指出的是实施例只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的技术熟练人员可以根据上述内容对本发明做出一些非本质的改进和调整。

本发明中使用的原纸为本白牛皮纸，规格为90-150g；本发明的有机硅离型剂购自WackerChemie AG，型号为

本发明实施例及对比例中所采用的基膜为按照中国专利CN101773788A(申请号为CN200910231445.X)说明书实施例1中的所述方法得到的多层膜。

耐撕裂力的测试标准参照《GB/T 455-2002》。

离型力的测试标准参照FINAT 10。

抗张强度的测试标准参照《GB/T12914-2008》。

透气度的测试标准参照《GB/T 458-2008》。

实施例1

一种可重复使用的全氟离子交换膜用离型纸，包括原纸和离型剂。其中，原纸为本白牛皮纸，其厚度为150微米，离型剂为有机硅离型剂，离型剂用量为0.8g/m²，离型纸透气度为1.3μm/(Pa·s)，原纸光洁度2.1μm，离型力为25g/25mm(70℃，20h)，离型纸的抗张强度为8kN/m。离型纸的耐撕裂力为1.4N，离型纸的分解温度为260℃时，失重8％。

将基膜和增强网层叠后置于上述离型纸涂有离型剂的上表面，原纸朝下，将离型纸水平放置在加热源上，然后从离型纸底部抽真空，并于260℃下热处理1min，基膜和增强网复合后从离型纸表面剥离，得到全氟离子交换膜。

上述离型纸应用于氯碱膜的复合工段，使用一次后的性能见表1。离型纸的强度与耐温性满足使用要求，没有出现离子膜与离型纸剥离困难或纸屑粘附于膜表面现象。复合膜热收缩率0.12％。

该离型纸使用五次后，性能见表1。将其应用于氯碱膜的复合增强，离型纸的强度与耐温性满足使用要求，没有出现离子膜与离型纸剥离困难或纸屑粘附于膜表面现象。复合膜热收缩率为0.06％。

实施例2

一种可重复使用的全氟离子交换膜用离型纸，它由离型原纸和离型剂组成。离型纸的组分及性能如表1所示。

上述使用一次后的离型纸的性能见表1。离型纸的强度与耐温性满足使用要求，没有出现离子膜与离型纸剥离困难或纸屑粘附于膜表面现象。复合膜热收缩率为0.48％。

该离型纸使用五次后性能见表1。应用于氯碱膜的复合增强，离型纸的强度与耐温性满足使用要求，没有出现离子膜与离型纸剥离困难或纸屑粘附于膜表面现象。复合膜热收缩率为0.12％。

实施例3

一种可重复使用的全氟离子交换膜用离型纸，它由离型原纸和离型剂组成。离型纸性能见表1。

上述使用一次后的离型纸性能见表1。离型纸的强度与耐温性满足使用要求，没有出现离子膜与离型纸剥离困难或纸屑粘附于膜表面现象。复合膜热收缩率为0.12％。

该离型纸使用五次后性能见表1。将其应用于氯碱膜的复合增强，离型纸的强度与耐温性满足使用要求，没有出现离子膜与离型纸剥离困难或纸屑粘附于膜表面现象。复合膜热收缩率为0.06％。

对比例1

一种可重复使用的全氟离子交换膜用离型纸，它由离型原纸和离型剂组成。离型纸性能见表1。将其应用于氯碱膜的复合增强，离型纸的强度与耐温性满足使用要求，没有出现离子膜与离型纸剥离困难或纸屑粘附于膜表面现象。复合膜热收缩率为1.5％，收缩率超过0.62％为不合格产品。

重复使用五次后的离型纸性能见表1。应用于氯碱膜的复合增强，离型纸的强度与耐温性满足使用要求，在基膜与离型纸分离过程中未出现膜纸无法剥离或纸屑粘附于膜表面现象。复合膜热收缩率为1.2％。

对比例2

一种可重复使用的全氟离子交换膜用离型纸，它由离型原纸和离型剂组成。离型纸性能见表1。上述使用一次后的离型纸性能见表1。应用于氯碱膜的复合增强，离型纸的强度与耐温性满足使用要求，没有出现离子膜与离型纸剥离困难或纸屑粘附于膜表面现象。复合膜热收缩率为0.12％。重复使用五次后的离型纸性能见表1。应用于氯碱膜的复合增强，离型纸的强度与耐温性满足使用要求，在基膜与离型纸分离过程中出现离子膜与离型纸剥离困难和有纸屑粘附于膜表面现象。复合膜热收缩率为0.06％。由于该款牛皮纸厚度低于下限，离型纸的强度低于使用要求，在使用过程中出现多次断裂。

对比例3

一种可重复使用的全氟离子交换膜用离型纸，同实施例1，不同之处在于，离型剂用量为0.3g/m²，离型纸的透气度为1.3μm/(Pa·s)，它由离型原纸和离型剂组成。离型纸性能见表1。

上述使用一次后的离型纸性能见表1。应用于氯碱膜的复合增强，离型纸的强度与耐温性满足使用要求，没有出现离子膜与离型纸剥离困难或纸屑粘附于膜表面现象。复合膜热收缩率为0.06％。

重复使用五次后的离型纸性能见表1。应用于氯碱膜的复合增强，离型纸的强度与耐温性满足使用要求，在基膜与离型纸分离过程中出现膜纸无法剥离。复合膜热收缩率为0.06％。

对比例4

一种可重复使用的全氟离子交换膜用离型纸，同实施例1，不同之处在于，光洁度为6.2μm。它由离型原纸和离型剂组成。离型纸性能见表1。

上述使用一次或五次后的离型纸性能见表1。应用于氯碱膜的复合增强，离型纸的强度与耐温性满足使用要求，由于光洁度超出范围内，表面太粗糙，导致出现膜纸难分离现象。使用五次后复合膜热收缩率为0.06％。

表1.实施例及对比例中离型纸的组成及性能

对比例1与实施例2相比，不同之处在于离型剂的用量超出上限，离型力低于下限，造成膜收缩率大于0.62％的上限值，生产的膜热收缩严重，原因是离型力太低，膜在复合过程中收缩阻力变小，收缩变大，表明离型纸的离型力不能低于下限。

对比例2与实施例1相比，不同之处在于原纸厚度低，离型剂用量低于下限，离型力高，透气度大，造成离型纸使用五次后离型纸的离型力高于上限，膜纸剥离不开，离型纸在使用过程中出现断裂，表明原纸厚度低于下限会出现纸张断裂，离型剂用量低会造成离型力偏大，在重复使用几次后因为离型力大而使得离子膜与离型纸剥离不开。

对比例3与实施例1相比，不同之处在于离型剂用量远低于下限，离型力远高于上限，260℃下处理10min后的离型力高于上限，透气度远高于上限，造成离型纸在使用五次后膜纸剥离不开，表明离型剂用量直接影响离型力，最终影响离型纸的使用次数。

对比例4与实施例1相比，不同之处在于离型纸的光洁度超出范围，离型纸原纸表面太粗糙，离型剂不能完全覆盖于表面，造成在使用过程中膜表面出现大量的纸屑，造成离子膜质量不合格。

实施例中通过离型纸透气度和离型力的选择，避免在全氟离子交换膜生产过程中出现膜纸难分离的情况，以及全氟离子交换膜在高温处理时出现的热收缩情况。

Claims (9)

1.一种可重复使用的全氟离子交换膜用离型纸，其特征在于，包括原纸及涂覆于原纸表面的离型剂，所述离型剂包括有机硅离型剂，所述原纸为本白牛皮纸，所述离型纸的透气度为0.05～1.3μm/(Pa·s)；

所述原纸的光洁度为2-5μm，透气度为0.8-2.5μm/(Pa·s)；

所述原纸的抗张强度大于6kN/m；

所述离型纸用于制备全氟离子交换膜，方法为：将基膜和增强网层叠后置于离型纸涂有离型剂的上表面，原纸朝下，将离型纸水平放置在加热源上，然后从离型纸底部抽真空，并于230～270℃下热处理0.5～2min，基膜和增强网复合后从离型纸表面剥离，得到全氟离子交换膜。

2.根据权利要求1所述的离型纸，其特征在于，所述原纸的厚度为110-180μm。

3.根据权利要求1所述的离型纸，其特征在于，所述离型纸在70℃下热处理20h后的离型力为15～45g/25mm。

4.根据权利要求3所述的离型纸，其特征在于，所述离型纸在70℃下热处理20h后的离型力为15～25g/25mm。

5.根据权利要求1所述的离型纸，其特征在于，所述离型纸在260℃下热处理10min后的离型力＜100g/25mm。

6.根据权利要求5所述的离型纸，其特征在于，所述离型纸在260℃下热处理10min后的离型力＜50g/25mm。

7.根据权利要求1所述的离型纸，其特征在于，所述离型剂的用量为0.8～3g/m²。

8.根据权利要求1所述的离型纸，其特征在于，所述离型纸的耐撕裂力大于1.2N。

9.根据权利要求1所述的离型纸，其特征在于，所述离型纸在260℃的空气中处理3min后，抗张强度大于6kN/m，重量损失≤10％。