用于制备膜的工艺制造技术

一种用于制备具有结构表面轮廓的离子交换膜的工艺，其包括步骤(i)和(ii)：(i)以图案化方式将辐射可固化组合物丝网印刷至膜上；以及(ii)辐射并因此固化印刷的辐射可固化组合物；其中，所述辐射可固化组合物在剪切速率为0.1s‑1且温度为20℃下测量时，具有至少30Pa.s的粘度。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及膜及其制备工艺和这种膜在例如电渗析或反向电渗析中的应用
技术介绍
在反向电渗析(“RED”)中，可通过混合离子浓度不同的两种离子溶液，例如通过混合咸海水和淡水或苦咸水，以环境友好型方式产生电。该技术使用包括膜堆叠件的RED装置，其中，所述膜堆叠件具有交替的阳离子和阴离子交换膜和位于所述堆叠件各端的电极。各阳离子和阴离子交换膜以及这些膜之间的间隙一起常被称为“电池”，并且膜堆叠件经常包括许多电池。通常，反向电渗析装置存在经过其中的针对浓离子溶液的第一路径和经过其中的针对稀离子溶液的第二路径。当引入浓离子溶液至第一路径，稀离子溶液至第二路径时，来自第一路径的浓溶液中的溶质透过膜至第二路径中的稀溶液中，而伴随其的是位于膜堆叠件两端的电极两端的输出电的产生。在现有膜堆叠件中，透过膜堆叠件的流向通常为正向电流或反向电流。虽然各对膜两端因浓度差异而产生的电压较低，但是通过增加分离膜堆叠件中两种溶液的、交替的阳离子和阴离子交换膜的数量，使得该电压加倍。虽然电渗析(“ED”)使用的膜堆叠件与RED中使用的膜堆叠件类似，但是在这种情况下，电被应用于位于膜堆叠件各端的电极两端以从一种离子溶液中移除不需要的离子。例如，ED可用于从咸海水中制备饮用水。上述RED和ED技术都需要包括以交替方式设置的很多阴离子和阳离子交换膜。因此，提供阴离子和阳离子交换膜的产业逐渐建立。现有膜堆叠件存在的问题包含其制造成本和持续的日常维护费用。堆叠件中的膜会随着时间的发展被污染，从而导致停工清理。压花加工是一项可用来制备具有结构表面轮廓的离子交换膜的技术。然
而，该技术限于制备厚且硬的膜。尽管早期公开中已经描述了结构化膜，但是可能由于生产结构化膜存在难度问题，其通常无法从商业来源中获得。因此，需要一种快速且高效的工艺来制备具有结构表面轮廓的离子带电膜。
技术实现思路
根据本专利技术的第一方面，提供了一种用于制备具有结构表面轮廓的离子交换膜的工艺，其包括步骤(i)和步骤(ii)：(i)将辐射可固化组合物丝网印刷至膜上；以及(ii)辐射并因此固化印刷的辐射可固化组合物；其中，所述辐射可固化组合物在剪切速率为0.1s-1且温度为20℃下测量时，具有至少30Pa.s的粘度。优选地，辐射可固化组合物中不含催化剂，诸如不含贵金属颗粒(诸如包括铂、钯、锇、铱、铑和/或钌的颗粒和包括任意前述颗粒的合金)。附图说明图1为本工艺的步骤(i)的示意图。图2为本工艺制备的、两面具有结构表面轮廓的离子交换膜的示意图。图3a和3b示出可用于制备应用在本工艺的步骤(i)中的丝网的网。图4a、4b和4c为具有结构表面轮廓的离子交换膜的示意图，其中，黑色形状表示从上方观察到的凸起部分。具体实施方式在图1的上半部分，通过使用刮刀(9)，将辐射可固化组合物(3)压紧于丝网(2)。组合物(3)的一部分穿过丝网(2)中的孔(4)落至膜(1)上。在图1的下半部分，可以看到携带有穿过丝网从而生成对应于丝网中的孔的图案的辐射可固化组合物(3)的一部分的膜(1)。图2示出两面具有结构表面轮廓的离子交换膜(5)。所述结构采取形式为规则的、大小相等的锥形凸起部分(7)，其类似两面的LegoTM板。在图2中，结构％<50％(结构％的定义如下)。图3a和3b为可用在本工艺的步骤(i)中的非编织和编织网的放大区域。在步骤(i)中，丝网印刷能够以图案化方式将辐射可固化组合物印刷至膜上，接着，印刷的辐射可固化组合物可在步骤(ii)中固化，例如，以锁定通过丝网印刷术生成的三维图案。在图4a、4b和4c中，结构表面轮廓包括从上方观察到且示出为黑色的凸起部分。当从上方观察时，图4a所示的凸起部分具有0.15cm x 0.4cm的尺寸和0.06cm2的截面积。所述凸起部分以交替45度角设置，并且所述膜的结构％为24％。当从上方观察时，图4b所示的凸起部分具有菱形形状。所述凸起部分具有0.35cm x 0.75cm的尺寸和0.13cm2的截面积。所述膜具有12.5％的结构％。当从上方观察时，图4c所示的凸起部分为正方形。所述凸起部分具有0.2cm x 0.2cm的尺寸和0.04cm2的截面积。所述膜具有25％的结构％。在本专利技术中，丝网印刷步骤通常包括：将辐射可固化组合物应用至丝网的一面，这样辐射可固化组合物的一部分穿过丝网中的开孔，并且辐射可固化组合物的一部分受到丝网的阻挡保留在丝网的应用其的一面上。通常，辐射可固化组合物上施加有印刷压力以压迫辐射可固化组合物的一部分穿过丝网中的开孔并落至位于丝网相对面上的膜上。印刷压力的施加可通过任意合适工具，例如，通过刮刀或刀片，诸如“填充刀”。刮刀或刀片可在整个丝网上移动，从而压迫辐射可固化组合物的一部分穿过丝网中的开孔。丝网通常包括诸如编织或非编织网的网，且可由任意合适物质形成(例如，纸、塑料或金属或者它们的两种以上的组合)。所述网包括开孔，其允许辐射可固化组合物穿过并沉积在膜上以提供所需的表面轮廓。编织网通常包括金属丝网或线网，其中，金属丝或线之间具有组合物可通过的间隙(诸如，如图3b所示)。或者，如图3a所示，丝网可包括非编织网。包括非编织网的丝网可由一种工艺制备，该工艺包括：在第一电解池中，在具有分离剂的凹模上形成丝网骨架，将形成的丝网骨架从凹模上剥离以及在第二电解池中，使丝网骨架经受电解以使金属沉积至所述骨架上，从而以电解方式形成金属丝网。该技术可用
于制备用于丝网印刷的非编织金属丝网，并且其具有各种网目尺寸(诸如从75至350以上)、厚度(诸如约50至300微米以上)和孔径(诸如25微米和更大)以及因此得到的各种开放面积量(诸如约10至约55％)、结构厚度(诸如约5至350微米以上厚度)和分辨率(诸如约90至350微米)。的确，在本工艺中应用非编织丝网能够提高丝网的寿命、坚固性和稳定性以及在印刷机设置或印刷过程中无实质裂口或破损的抗皱性。在步骤(i)中，辐射可固化组合物可以图案化方式丝网印刷至膜上，接着，印刷的辐射可固化组合物可在步骤(ii)中固化。所述丝网可重复利用以重复且快速地生产结构化的离子交换膜。因此，在本专利技术的一优选方面，所述工艺为一连续工艺。在一优选实施例中，所述工艺为一连续工艺，其中，辐射可固化组合物在膜移动时，丝网印刷至所述膜上。所述连续工艺可通过制造装置执行，该制造装置包括：丝网印刷站、用于固化组合物的辐射源、结构化膜收集站和用于将膜从丝网印刷站移至辐射源和结构化膜收集站的工具。离子交换膜的实例可为提及的阴离子交换膜和阳离子交换膜。步骤(i)和(ii)可在膜的一面或两面执行一次或多次。例如，通过以多于一种的图案将辐射可固化组合物丝网印刷至膜的一面或两面上，可生成复杂的结构表面轮廓。针对不同的印刷步骤，辐射可固化组合物可不同或可相同。当在膜的两面上执行步骤(i)和(ii)以提供两面具有结构表面轮廓的离子交换膜时，所述步骤视需要可在膜的各面上循序执行(即先在一面上然后再在另一面上执行步骤(i)和(ii))或同时执行(即同时在膜的两面上执行步骤(i)和(ii))。丝网印刷可使用平板丝网或弧形丝网，例如圆筒(柱面)丝网。圆筒丝网对于通过轮转丝网印刷执行本工艺特别管用。因此，在一实施例中，丝网印刷包括：使用圆筒丝本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于制备具有结构表面轮廓的离子交换膜的工艺，包括步骤(i)和(ii)：(i)以图案化方式将辐射可固化组合物丝网印刷至膜上；以及(ii)辐射并因此固化所印刷的辐射可固化组合物；其中，所述辐射可固化组合物在剪切速率为0.1s‑1且温度为20℃下测量时，具有至少30Pa.s的粘度。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.01.27 GB 1401308.01.一种用于制备具有结构表面轮廓的离子交换膜的工艺，包括步骤(i)和(ii)：(i)以图案化方式将辐射可固化组合物丝网印刷至膜上；以及(ii)辐射并因此固化所印刷的辐射可固化组合物；其中，所述辐射可固化组合物在剪切速率为0.1s-1且温度为20℃下测量时，具有至少30Pa.s的粘度。2.根据权利要求1所述的工艺，其中，在步骤(i)中使用的所述辐射可固化组合物包括a)可固化离子化合物；b)交联剂；c)任选的惰性溶剂；任选的d)光引发剂；和e)增稠剂。3.根据权利要求2所述的工艺，其中，所述增稠剂e)包括流变改性剂和/或粉碎固体颗粒。4.根据前述任一项权利要求所述的工艺，其中，所述结构化表面包括离子传导性凸起部分。5.根据前述任一项权利要求所述的工艺，其中，步骤(i)中使用的所述辐射可固化组合物在剪切速率为0.1s-1且温度为20℃下测量时，具有30至1000Pa.s的粘度，并且在剪切速率为1000s-1且温度为20℃下测量时，具有<20Pa.s的粘度。6.根据前述任一项权利要求所述的工艺，其中，所述结构表面轮廓包括具有5至500μm的平均高度的凸起部分。7.根据前述任一项权利要求所述的工艺，其中，所述丝网印刷包括轮转丝网印刷、平台丝网印刷或间歇旋转式滚筒丝网印刷。8.根据前述任一项权利要求所述的工艺，其中，所述丝网印刷包括通过旋转圆筒丝网将所述辐射可固化组合物应用至所述膜上。9.根据前述任一项权利要求所述的工艺，其中，所述结构表面轮廓包括凸起...

【专利技术属性】
技术研发人员：维利姆·范·巴克，巴斯蒂安·范·贝尔胡姆，约翰尼斯·范·恩格伦，
申请(专利权)人：富士胶片制造欧洲有限公司，
类型：发明
国别省市：荷兰;NL