專利名稱：溶液鑄膜法的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種靜態(tài)封閉的溶液鑄膜法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有制膜方法通常為動(dòng)態(tài)開(kāi)放的拉伸法、擠膜法、流延法，但存在工藝復(fù)雜，設(shè)備昂貴，制膜成本高，成品膜存在結(jié)晶度低、各向異性等缺陷。為此中國(guó)專利200680044207. 2提出了一種靜態(tài)封閉的溶液鑄膜法，基本克服了拉伸法、擠膜法、流延法的上述缺陷。但在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，該溶液鑄膜法還存在下列不足
一、由于遠(yuǎn)紅外石英加熱管安裝在鑄膜盤的上方，加熱管直接輻射加熱鑄膜盤中的鑄膜液，因而距離加熱管近(加熱管正下方)的鑄膜液升溫快、蒸發(fā)快、成膜快，而距離加熱管遠(yuǎn)(兩加熱管之間)的鑄膜液升溫慢、蒸發(fā)慢、成膜慢，最終導(dǎo)致成品膜厚薄不均，透光率不勻，膜上會(huì)出現(xiàn)與加熱管位置對(duì)應(yīng)的斑馬紋。鑄膜液越多，加熱管直接輻射加熱鑄膜液的時(shí)間越長(zhǎng)，成品膜越厚，膜厚度均勻性越差，膜上斑馬紋越明顯。二、受保溫材料填充不均、遠(yuǎn)紅外石英加熱管電熱絲分布不勻等影響，該鑄膜法的溫度場(chǎng)會(huì)產(chǎn)生偏移，也會(huì)對(duì)成品膜的厚度均勻性產(chǎn)生影響，需要安裝遮擋物部分遮擋遠(yuǎn)紅外石英加熱管，以調(diào)整加熱溫度場(chǎng)。因遠(yuǎn)紅外石英加熱管固定在鑄膜盤上方的保溫頂蓋上，在遠(yuǎn)紅外石英加熱管下方、鑄膜盤上方安裝調(diào)整遮擋物很不方便，而且每次鑄膜均需要開(kāi)關(guān)保溫頂蓋來(lái)回取放鑄膜盤，遮擋物容易松動(dòng)、移位甚至脫落，導(dǎo)致溫度場(chǎng)發(fā)生變化，從而影響成品膜的厚度均勻性。三、遠(yuǎn)紅外石英加熱管固定在鑄膜盤上方的保溫頂蓋上，需要經(jīng)常清潔，以防止粘附在加熱管表面的灰塵、雜物等脫落掉入其下方的鑄膜盤中，影響成品膜質(zhì)量。此外加熱管接頭處的電熱絲容易生銹產(chǎn)生銹屑，開(kāi)關(guān)保溫頂蓋時(shí)，銹屑容易掉入鑄膜盤，在膜中形成銹斑，影響成品膜質(zhì)量。膜中的銹斑在電化學(xué)裝置中容易腐蝕脫落，造成膜穿孔，使電化學(xué)裝置失效。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服上述技術(shù)的缺陷和不足，本發(fā)明的目的是提供一種靜態(tài)封閉的溶液鑄膜法，該法具有工藝簡(jiǎn)單、設(shè)備便宜、制膜成本低、成品膜結(jié)晶度高、各向同性、厚度均勻、雜質(zhì)少、外觀好、成品率高等優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的一種溶液鑄膜法，其特征是該法為靜態(tài)封閉的溶液鑄膜法，包括以下具體步驟I)將溶質(zhì)溶解于溶劑制備鑄膜液，鑄膜液的溶質(zhì)為全氟磺酸離子交換樹(shù)脂，其當(dāng)量重量EW = 900 llOOg/eq，溶劑為二甲基甲酰胺(沸點(diǎn)約153°C )，鑄膜液濃度為I 5%，鑄膜液制備使用封閉反應(yīng)釜，溶解溫度200 220°C，溶解時(shí)間4 6小時(shí)。當(dāng)EW < 900g/eq時(shí)，成品膜的機(jī)械強(qiáng)度低。當(dāng)EW > 1100g/eq時(shí)，成品膜的離子電導(dǎo)率低。
當(dāng)鑄膜液的濃度< I %時(shí)，溶劑蒸發(fā)量大，鑄膜效率低。當(dāng)鑄膜液的濃度> 5%時(shí)，不僅溶質(zhì)很難完全溶解，而且鑄膜液容易成膠凍狀，不易在鑄膜盤中均勻鋪展，導(dǎo)致成品膜厚度不均勻。2)用浮法玻璃和玻璃膠制備面積為S的鑄膜盤。3)在保溫底板上居中設(shè)置由遠(yuǎn)紅外石英加熱管平行排列構(gòu)成的面積為A的加熱裝置，加熱溫度由溫控儀自動(dòng)控制，溫控儀測(cè)溫探頭放置在鑄膜盤的邊沿上，以檢測(cè)加熱溫度。加熱裝置的功率密度為O. I O. 5W/cm2，且I. 5S彡A彡3. 5S。當(dāng)加熱裝置功率密度小于O. Iff/cm2時(shí)，鑄膜盤中的鑄膜液升溫太慢?！ぎ?dāng)加熱裝置功率密度大于O. 5ff/cm2時(shí)，鑄膜盤中的鑄膜液不僅升溫太快，溶劑分子蒸發(fā)太快，溶質(zhì)分子來(lái)不及運(yùn)動(dòng)排列到晶格中，導(dǎo)致成品膜結(jié)晶度低，而且鑄膜液容易發(fā)生局部沸騰，導(dǎo)致蜂窩狀次品膜。當(dāng)A < I. 5S時(shí)，加熱裝置面積過(guò)小，鑄膜盤邊緣區(qū)域的鑄膜液受熱不足，溫度低，蒸發(fā)緩慢，影響鑄膜。當(dāng)A > 3. 5S時(shí)，加熱裝置面積過(guò)大，導(dǎo)致溶劑蒸氣冷凝困難，影響鑄膜。4)在加熱裝置外圍設(shè)置支架，將鑄膜盤放在支架上，在鑄膜盤內(nèi)放置水平儀，通過(guò)調(diào)節(jié)支架的高度，使水平儀的水準(zhǔn)泡在鑄膜盤平面內(nèi)兩個(gè)相互垂直的方向上都處于零位，從而使鑄膜盤處于水平。鑄膜盤與其下方的加熱裝置之間的距離為dl，且O. 2S1/2 彡 dl 彡 O. 4S1/2。當(dāng)dl < O. 2S172時(shí)，鑄膜盤距離加熱裝置過(guò)近，浮法玻璃鑄膜盤對(duì)加熱溫度場(chǎng)的均勻化作用不足以完全消除遠(yuǎn)紅外石英加熱管條形溫度場(chǎng)的不均勻性，在成品膜上還會(huì)出現(xiàn)與加熱管位置對(duì)應(yīng)的輕微斑馬紋。當(dāng)dl > O. 4S172時(shí)，鑄膜盤距離加熱裝置過(guò)遠(yuǎn)，將導(dǎo)致鑄膜液升溫緩慢。5)在保溫底板上設(shè)置由不銹鋼薄板制成的高度為H的冷卻水套，冷卻水套環(huán)繞加熱裝置、支架和鑄膜盤，且O. 6S1/2I. 2S1/2，冷卻水套與鑄膜盤之間的橫向距離為d2，且O. 2S1/2彡d2 ( O. 4S1/2，冷卻水套為夾層結(jié)構(gòu)，外夾層用保溫材料均勻填實(shí)，內(nèi)夾層裝有冷卻水，冷卻水的深度為h，冷卻水的厚度為V，且O. 2S1/2 ^ h ^ O. 4S172，O. 05S1/2 ^ V ^ O. 1S1/2。當(dāng)H< O. 6S172時(shí)，溶劑蒸發(fā)擴(kuò)散空間過(guò)小，將會(huì)導(dǎo)致溶劑蒸發(fā)緩慢。當(dāng)H> I. 2S172時(shí)，溶劑蒸發(fā)擴(kuò)散空間過(guò)大，蒸發(fā)的溶劑蒸氣不能籠罩鑄膜液，溶質(zhì)在鑄膜液與溶劑蒸氣遠(yuǎn)離動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)的條件下結(jié)晶，成品膜結(jié)晶度低。當(dāng)d2 < O. 2S1/2時(shí)，冷卻水套距離鑄膜盤過(guò)近，會(huì)顯著降低鑄膜盤邊緣區(qū)域鑄膜液的溫度，鑄膜盤邊緣區(qū)域的鑄膜液蒸發(fā)緩慢，影響鑄膜。當(dāng)d2> O. 4S1/2時(shí)，溶劑蒸發(fā)擴(kuò)散空間過(guò)大，蒸發(fā)的溶劑蒸氣不能籠罩鑄膜液，溶質(zhì)在鑄膜液與溶劑蒸氣遠(yuǎn)離動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)的條件下結(jié)晶，成品膜結(jié)晶度低。當(dāng)h < O. 2S172時(shí)，冷卻水過(guò)低，會(huì)造成溶劑蒸氣冷凝困難。當(dāng)h > O. 4S172時(shí)，冷卻水過(guò)高，會(huì)造成鑄膜盤中鑄膜液升溫緩慢。當(dāng)V < O. 05S172時(shí)，冷卻水過(guò)薄，會(huì)造成溶劑蒸氣冷凝困難。當(dāng)V > O. IS172時(shí)，冷卻水過(guò)厚，沒(méi)有必要。
6)在冷卻水套底部設(shè)置冷凝溶劑收集槽。7)將鑄膜液倒入鑄膜盤,讓鑄膜液均勻鋪展布滿鑄膜盤,鑄膜液深度為O. I Icm0當(dāng)鑄膜液深度小于O. Icm時(shí)，由于表面張力的作用，鑄膜液不易均勻鋪展布滿鑄膜盤，導(dǎo)致成品膜厚度不均勻。當(dāng)鑄膜液深度大于Icm時(shí)，溶劑蒸發(fā)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，鑄膜效率低。8)在冷卻水套上方設(shè)置保溫頂蓋,將冷卻水套和保溫底板包圍的內(nèi)部空間密封。9)啟動(dòng)加熱裝置加熱鑄膜盤中的鑄膜液，控制加熱溫度低于溶劑沸點(diǎn)10 30°C，加熱時(shí)間I 5. 5小時(shí)，使鑄膜液中的溶劑全部蒸發(fā)。
當(dāng)加熱溫度低于溶劑沸點(diǎn)不到10°C時(shí)，由于溶劑蒸發(fā)太快，溶質(zhì)分子來(lái)不及運(yùn)動(dòng)排列到晶格中，導(dǎo)致成品膜結(jié)晶度低。當(dāng)加熱溫度低于溶劑沸點(diǎn)30°C以上時(shí)，不僅溶劑蒸發(fā)太慢，鑄膜效率太低，而且由于溶質(zhì)分子溫度低，缺乏足夠的熱運(yùn)動(dòng)能量運(yùn)動(dòng)排列到晶格中，導(dǎo)致成品膜結(jié)晶度低。加熱時(shí)間不到I小時(shí)，溶劑難以全部蒸發(fā)，溶質(zhì)難以結(jié)晶成膜。加熱時(shí)間超過(guò)5. 5小時(shí)，不僅鑄膜效率太低，而且由于長(zhǎng)時(shí)間高溫烘烤，可能會(huì)烤糊、烤黃成品膜，降低成品膜質(zhì)量。加熱時(shí)間與鑄膜盤中鑄膜液深度成比例。當(dāng)鑄膜液深度為O. Icm時(shí)，加熱時(shí)間約I小時(shí)，其中包括約O. 5小時(shí)的升溫時(shí)間和O. 5小時(shí)的蒸發(fā)時(shí)間，鑄膜液深度每增加O. Icm,加熱時(shí)間相應(yīng)增加約O. 5小時(shí)的蒸發(fā)時(shí)間。當(dāng)鑄膜液深度增加到Icm時(shí)，加熱時(shí)間約5. 5小時(shí)。10)當(dāng)鑄膜液中的溶劑蒸發(fā)完畢后，繼續(xù)加熱2 100分鐘，使更多的溶質(zhì)分子運(yùn)動(dòng)排列到晶格中，進(jìn)一步提聞I吳的結(jié)晶度。繼續(xù)加熱時(shí)間不到2分鐘，溶質(zhì)分子將來(lái)不及運(yùn)動(dòng)排列到晶格中，導(dǎo)致成品膜結(jié)晶度不聞。繼續(xù)加熱時(shí)間超過(guò)100分鐘，由于長(zhǎng)時(shí)間高溫烘烤，可能會(huì)烤糊、烤黃成品膜，降低成品膜質(zhì)量。繼續(xù)加熱時(shí)間與加入鑄膜盤中鑄膜液的濃度和深度成比例。當(dāng)鑄膜液的濃度為I %、深度為O. Icm時(shí)，繼續(xù)加熱時(shí)間約為2分鐘，鑄膜液濃度每增加I %或者深度每增加
O.Icm時(shí)，繼續(xù)加熱時(shí)間也相應(yīng)增加2分鐘，當(dāng)鑄膜液濃度增加至5%、深度增加至Icm時(shí)，繼續(xù)加熱時(shí)間約100分鐘。11)停止加熱，將冷凝溶劑收集槽內(nèi)的冷凝溶劑排走，待鑄膜盤冷卻后，將膜從鑄膜盤上揭下，即得成品膜。12)檢測(cè)成品膜厚度均勻性，如果成品膜某個(gè)部位偏厚，則在加熱裝置的對(duì)應(yīng)部位上放置金屬片遮擋物，以降低該部位加熱溫度，從而減薄成品膜該部位的厚度。本發(fā)明通過(guò)鑄膜液在低于溶劑沸點(diǎn)10 30°C加熱溫度下緩慢蒸發(fā)結(jié)晶成膜，在溶質(zhì)結(jié)晶成膜的過(guò)程中，鑄膜盤中的鑄膜液處于一個(gè)靜態(tài)封閉空間，在加熱裝置的加熱下，蒸發(fā)出來(lái)的溶劑飽和蒸氣向周邊擴(kuò)散并籠罩鑄膜液，擴(kuò)散較遠(yuǎn)的溶劑飽和蒸氣遇到冷卻水套，在冷卻水套的表面冷卻凝結(jié)成液態(tài)溶劑，在重力作用下順著冷卻水套表面流下匯聚到冷卻水套底部的冷凝溶劑收集槽內(nèi)，由于鑄膜液與溶劑蒸氣處于接近動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)，鑄膜液中的溶劑緩慢蒸發(fā)減少，鑄膜液中的溶質(zhì)濃度緩慢增大，進(jìn)而緩慢結(jié)晶成膜，加之在溶劑蒸發(fā)完畢后繼續(xù)加熱一段時(shí)間，溶質(zhì)分子有充分時(shí)間運(yùn)動(dòng)排列到晶格中，因而成品膜結(jié)晶度高。在本發(fā)明中，加熱裝置位于鑄膜盤的下方，加熱管發(fā)出的遠(yuǎn)紅外光不是直接輻射加熱鑄膜盤中的鑄膜液，而是通過(guò)鑄膜盤對(duì)鑄膜液進(jìn)行加熱。由于鑄膜盤用浮法玻璃制成，對(duì)加熱管發(fā)出的條形遠(yuǎn)紅外光具有勻光和勻熱作用，從而對(duì)鑄膜液所處的溫度場(chǎng)起到均勻化作用，使鑄膜盤中各個(gè)部位的鑄膜液受熱更加均勻，因而距離加熱管近(加熱管正上方)的鑄膜液和距離加熱管遠(yuǎn)(兩加熱管之間)的鑄膜液升溫速度相近，蒸發(fā)速度相近，成膜速度相近，導(dǎo)致成品膜各部位厚度相近，透光率相近，從而成品膜上不會(huì)出現(xiàn)與加熱管位置對(duì)應(yīng)的斑馬紋。本發(fā)明有以下積極有益效果
該靜態(tài)封閉的溶液鑄膜法，工藝簡(jiǎn)單，設(shè)備便宜，制膜成本低，成品膜具有結(jié)晶度高，各向同性、厚度均勻、雜質(zhì)少、外觀好、成品率高等優(yōu)點(diǎn)。傳統(tǒng)動(dòng)態(tài)開(kāi)放的拉伸法、擠膜法和流延法具有機(jī)械運(yùn)動(dòng)方向MD (MachineDirection)和橫向TD (Transverse Direction),溶質(zhì)的結(jié)晶過(guò)程受到外界機(jī)械力作用的干擾，從而導(dǎo)致成品膜各向異性。本發(fā)明是一種靜態(tài)封閉的溶液鑄膜法，鑄膜盤中的鑄膜液在一個(gè)靜態(tài)封閉空間內(nèi)處于靜止?fàn)顟B(tài)，溶質(zhì)結(jié)晶過(guò)程不受外界機(jī)械力作用干擾，沒(méi)有特殊的方向取向，因而成品膜各向同性。本發(fā)明的靜態(tài)封閉的溶液鑄膜法，因功率密度適當(dāng)?shù)倪h(yuǎn)紅外石英加熱管布置在鑄膜盤的下方，冷卻水套環(huán)布在鑄膜盤的周邊，雖然鑄膜盤中部區(qū)域鑄膜液的溫度較高，蒸氣壓較高，蒸氣分子密度較大，但其蒸發(fā)出來(lái)的溶劑蒸氣分子向外擴(kuò)散時(shí)不僅要受到鑄膜盤邊緣區(qū)域上方溶劑蒸氣分子的阻礙，而且還要經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)的行程，才能擴(kuò)散到鑄膜盤周邊的冷卻水套表面上冷凝；雖然鑄膜盤邊緣區(qū)域鑄膜液的溫度較低，蒸氣壓較低，蒸氣分子密度較小，但其蒸發(fā)出來(lái)的溶劑蒸氣分子只需要經(jīng)過(guò)較短的行程，就能不受阻礙地?cái)U(kuò)散到鑄膜盤周邊的冷卻水套表面上冷凝。因此只要加熱裝置的面積A與鑄膜盤的面積S、鑄膜盤與加熱裝置的距離dl、冷卻水套的高度H、鑄膜盤與冷卻水套的距離d2、冷卻水的高度h、冷卻水的厚度V匹配適當(dāng)時(shí)，特別是當(dāng)I. 5S彡A彡3. 5S，0. 2S1/2彡dl彡O. 4S1/2，
O.6S1/2 彡 H 彡 I. 2S1/2，O. 2S1/2 彡 d2 彡 O. 4S1/2，O. 2S1/2 彡 h 彡 O. 4S1/2，O. 05S1/2 ^ v ^ O. 1S1/2時(shí)，可使位于鑄膜盤中部區(qū)域和邊緣區(qū)域的鑄膜液的蒸發(fā)、冷凝速度一致，從而使成品膜的中部區(qū)域和邊緣區(qū)域厚度一致。本發(fā)明的創(chuàng)新之處在于一、遠(yuǎn)紅外石英加熱管設(shè)置在鑄膜盤下方，加熱管發(fā)出的遠(yuǎn)紅外光不是直接輻射加熱鑄膜盤中的鑄膜液，而是通過(guò)鑄膜盤對(duì)鑄膜液進(jìn)行加熱。由于鑄膜盤由浮法玻璃制成，對(duì)加熱管發(fā)出的條形遠(yuǎn)紅外光具有勻光和均熱作用，從而對(duì)鑄膜液所處的溫度場(chǎng)起到均勻化作用，使鑄膜盤中各個(gè)部位的鑄膜液受熱更加均勻，因而距離加熱管近(加熱管正上方)的鑄膜液和距離加熱管遠(yuǎn)(兩加熱管之間)的鑄膜液升溫速度相近，蒸發(fā)速度相近，成膜速度相近，導(dǎo)致成品膜各部位厚度相近，透光率相近，從而成品膜上不會(huì)出現(xiàn)與加熱管位置對(duì)應(yīng)的斑馬紋。二、受保溫材料填充不均、遠(yuǎn)紅外石英加熱管電熱絲分布不勻等影響，該鑄膜法的溫度場(chǎng)會(huì)產(chǎn)生偏移，也會(huì)對(duì)成品膜的厚度均勻性產(chǎn)生影響，需要安裝遮擋物部分遮擋遠(yuǎn)紅外石英加熱管，以調(diào)整加熱溫度場(chǎng)。因遠(yuǎn)紅外石英加熱管設(shè)置在鑄膜盤下方的保溫底板上，因而可以直接在遠(yuǎn)紅外石英加熱管上面放置金屬片遮擋物，并可根據(jù)需要任意調(diào)整金屬片遮擋物的擺放位置，既實(shí)現(xiàn)了非常方便、快速、簡(jiǎn)捷地對(duì)加熱溫度場(chǎng)進(jìn)行調(diào)整，使成品膜的厚度更均勻，又避免了因反復(fù)開(kāi)關(guān)保溫頂蓋導(dǎo)致遮擋物松動(dòng)、移位甚至脫落導(dǎo)致溫度場(chǎng)發(fā)生變化，從而影響成品膜的厚度均勻性的問(wèn)題。三、遠(yuǎn)紅外石英加熱管設(shè)置在鑄膜盤下方的保溫底板上，粘附在加熱管表面的灰塵、雜物脫落不會(huì)掉入到其上方的鑄膜盤中，因而不用頻繁清潔。此外，雖然加熱管接頭處的電熱絲容易生銹產(chǎn)生銹屑，但銹屑不會(huì)掉入上方的鑄膜盤，因而不會(huì)在膜中形成銹斑影響成品膜質(zhì)量。綜上所述可知，與現(xiàn)有的拉伸法、擠膜法、流延法、溶液鑄膜法相比，本發(fā)明的溶液鑄膜法具有工藝簡(jiǎn)單、設(shè)備便宜、制膜成本低、成品膜結(jié)晶度高、各向同性、厚度均勻、雜質(zhì)少、外觀好、成品率高等優(yōu)點(diǎn)。


圖I是本發(fā)明鑄膜盤的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是加熱裝置與保溫底板的組裝結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是支架與加熱裝置的組裝結(jié)構(gòu)示意圖。圖4是圖3的A局部放大圖。
圖5是鑄膜盤與支架的組裝結(jié)構(gòu)示意圖。圖6是冷卻水套環(huán)繞加熱裝置、支架和鑄膜盤的組裝結(jié)構(gòu)示意圖。圖7是保溫頂蓋與冷卻水套的組裝結(jié)構(gòu)示意圖。圖8是保溫頂蓋將冷卻水套和保溫底板包圍的內(nèi)部空間密封的示意圖。圖9是冷卻水套的局部剖視圖。圖10是圖8的橫向剖視圖。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例一本實(shí)施例為40cmX40cmX0. 0005cm的全氟離子交換膜制作，該法包括以下具體
步驟I)將3g當(dāng)量重量EW = 900g/eq的全氟磺酸離子交換樹(shù)脂和300mL 二甲基甲酰胺(沸點(diǎn)153°C )加入O. 5L封閉反應(yīng)釜加熱攪拌溶解，溶解溫度220°C，溶解時(shí)間4小時(shí)，使全氟磺酸離子交換樹(shù)脂溶解于二甲基甲酰胺，制得約300mL濃度為1%的鑄膜液。2)用浮法玻璃和玻璃膠制備面積S = 44cmX44cm、厚度1cm、深度O. 5cm、邊沿寬度2cm、內(nèi)底面積40cmX40cm的鑄膜盤I如圖I所示。3)在保溫底板2上居中設(shè)置面積為A = 54cmX 54cm的加熱裝置3如圖2所示，力口熱裝置3的功率密度為O. lW/cm2，加熱功率300W，它由15根功率20W、長(zhǎng)54cm的遠(yuǎn)紅外石英加熱管301等間隔約3. 9cm平行排列構(gòu)成，加熱裝置3的加熱溫度由溫控儀自動(dòng)控制，溫控儀測(cè)溫探頭放置在鑄膜盤I的邊沿上，以檢測(cè)加熱溫度。
4)在加熱裝置外圍設(shè)置支架4如圖3、圖4所示，將鑄膜盤I放在支架4上如圖5、圖6所示，將水平儀放置在鑄膜盤I中，調(diào)節(jié)支架4的支腳的高度，使水平儀的水準(zhǔn)泡在鑄膜盤I平面內(nèi)兩個(gè)相互垂直的方向上都處于零位，從而使鑄膜盤I處于水平，鑄膜盤I與其下方的加熱裝置3之間的距離為dl = IOcm如圖10所示。支架4有四個(gè)支腳10，其結(jié)構(gòu)相同。請(qǐng)參照?qǐng)D3、圖4，每個(gè)支腳10由螺桿101、螺母102、螺套103組成，螺母102螺接在螺桿101的下部，螺套103螺接在螺桿101的上部，螺套103的頂部有支點(diǎn)104，支點(diǎn)104用于支承鑄膜盤1，旋轉(zhuǎn)螺套103，即可調(diào)節(jié)支腳10的高度，螺母102用于將螺套103鎖住定位。5)在保溫底板2上設(shè)置不銹鋼薄板制成的高度H = 30cm的冷卻水套5，冷卻水套5環(huán)繞加熱裝置3、支架4和鑄膜盤I如圖6、圖7、圖10所示，冷卻水套5與鑄膜盤I之間橫向距離為d2 = IOcm如圖10所示，冷卻水套5為夾層結(jié)構(gòu)，外夾層8用保溫材料均勻填實(shí)，內(nèi)夾層9裝有冷卻水11，冷卻水11的深度為h = 10cm，冷卻水11的厚度為v = 2. 5cm。
6)在冷卻水套5底部設(shè)置冷凝溶劑收集槽6如圖6、圖9、圖10所示。7)將160mL濃度為I %的鑄膜液倒入鑄膜盤I內(nèi)，因鑄膜液少，在表面張力作用下，鑄膜液不容易流延均勻鋪展布滿鑄膜盤1，尤其是鑄膜盤I的邊角區(qū)域，可以通過(guò)向各個(gè)方向輕微傾斜鑄膜盤I的方法使鑄膜液均勻鋪展布滿鑄膜盤I，鑄膜液深度為O. 1cm。8)在冷卻水套5上設(shè)置保溫頂蓋7，將冷卻水套5和保溫底板2包圍的內(nèi)部空間密封如圖7、圖8、圖10所示；9)啟動(dòng)加熱裝置3對(duì)鑄膜盤I中鑄膜液加熱，控制加熱溫度在143°C，低于溶劑沸點(diǎn)10°C，加熱時(shí)間為I小時(shí)，使鑄膜液中的溶劑全部蒸發(fā)。在溶劑蒸發(fā)過(guò)程中，鑄膜盤I及其中的鑄膜液處于一個(gè)靜態(tài)封閉的空間，在加熱裝置3加熱下，蒸發(fā)的溶劑飽和蒸氣向周邊擴(kuò)散并籠罩鑄膜液，擴(kuò)散較遠(yuǎn)的溶劑飽和蒸氣遇到冷卻水套5，在冷卻水套5的表面冷卻凝結(jié)成液態(tài)溶劑，在重力作用下順著冷卻水套的表面流下匯聚到冷卻水套5底部的冷凝溶劑收集槽6內(nèi)，由于鑄膜液與溶劑蒸氣處于接近動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)，鑄膜液中溶劑緩慢蒸發(fā)減少，鑄膜液中溶質(zhì)的濃度緩慢增大，進(jìn)而緩慢結(jié)晶成膜。10)當(dāng)鑄膜液中的溶劑蒸發(fā)完畢后，繼續(xù)加熱2分鐘時(shí)間，使更多的溶質(zhì)分子運(yùn)動(dòng)排列到晶格中，進(jìn)一步提聞成品I吳的結(jié)晶度。11)停止加熱，將冷凝溶劑收集槽6內(nèi)冷凝溶劑排走，待鑄膜盤冷卻后，將膜從鑄膜盤上揭下，即得40cmX40cmX0. 0005cm全氟離子交換膜。12)檢測(cè)成品膜厚度均勻性，如果成品膜某個(gè)部位偏厚，則在加熱裝置對(duì)應(yīng)部位上放置不銹鋼片遮擋物，以降低該部位加熱溫度，從而減薄成品膜該部位的厚度。實(shí)施例二本實(shí)施例為60cmX60cmX0. 0075cm的全氟離子交換膜制作，該法包括以下具體
步驟I)將90g當(dāng)量重量EW = 1000g/eq的全氟磺酸離子交換樹(shù)脂和3L 二甲基甲酰胺(沸點(diǎn)153°C)加入5L封閉反應(yīng)釜加熱攪拌溶解，溶解溫度210°C，溶解時(shí)間5小時(shí)，使全氟磺酸離子交換樹(shù)脂溶解于二甲基甲酰胺，制得約3L濃度為3%的鑄膜液。2)用浮法玻璃和玻璃膠制備面積S = 64cmX64cm、厚度I. 5cm、深度1cm、邊沿寬度2cm、內(nèi)底面積60cmX60cm鑄膜盤I如圖I所示。3)在保溫底板2上居中設(shè)置面積為A = IOOcmX IOOcm的加熱裝置3如圖2所示，加熱裝置3的功率密度為O. 3W/cm2，加熱功率為3kW，它由30根功率100W、長(zhǎng)IOOcm的遠(yuǎn)紅外石英加熱管301等間隔約3. 4cm平行排列構(gòu)成，加熱裝置3的加熱溫度由溫控儀自動(dòng)控制，溫控儀測(cè)溫探頭放置在鑄膜盤I的邊沿上，以檢測(cè)加熱溫度。4)在加熱裝置外圍設(shè)置支架4如圖3、圖4所示，將鑄膜盤I放在支架4上如圖5、圖6所示，將水平儀放置在鑄膜盤I中，調(diào)節(jié)支架4的支腳的高度，使水平儀的水準(zhǔn)泡在鑄膜盤I平面內(nèi)兩個(gè)相互垂直的方向上都處于零位，從而使鑄膜盤I處于水平，鑄膜盤I與其下方的加熱裝置3之間的距離為dl = 20cm如圖10所示。支架4有四個(gè)支腳10，其結(jié)構(gòu)相同。請(qǐng)參照?qǐng)D3、圖4，每個(gè)支腳10由螺桿101、螺母102、螺套103組成，螺母102螺接在螺桿101的下部，螺套103螺接在螺桿101的上部，螺套103的頂部有支點(diǎn)104，支點(diǎn)104用于支承鑄膜盤1，旋轉(zhuǎn)螺套103，即可調(diào)節(jié)支腳10的高度，螺母102用于將螺套103鎖住定位。 5)在保溫底板2上設(shè)置不銹鋼薄板制成的高度H = 60cm的冷卻水套5，冷卻水套5環(huán)繞加熱裝置3、支架4和鑄膜盤I如圖6、圖7、圖10所示，冷卻水套5與鑄膜盤I之間橫向距離為d2 = 20cm如圖10所示，冷卻水套5為夾層結(jié)構(gòu)，外夾層8用保溫材料均勻填實(shí)，內(nèi)夾層9裝有冷卻水11，冷卻水11的深度為h = 20cm，冷卻水11的厚度為v = 5cm。6)在冷卻水套5底部設(shè)置冷凝溶劑收集槽6如圖6、圖9、圖10所示。7)將I. 8L濃度為3%的鑄膜液倒入鑄膜盤I內(nèi)，鑄膜液自然流延均勻鋪展布滿鑄膜盤，鑄膜液深度為O. 5cm。8)在冷卻水套5上設(shè)置保溫頂蓋7，將冷卻水套5和保溫底板2包圍的內(nèi)部空間密封如圖7、圖8、圖10所示；9)啟動(dòng)加熱裝置3對(duì)鑄膜盤I中鑄膜液加熱，控制加熱溫度在133 °C，低于溶劑沸點(diǎn)20°C，加熱時(shí)間為3小時(shí)，使鑄膜液中的溶劑全部蒸發(fā)。在溶劑蒸發(fā)過(guò)程中，鑄膜盤I及其中的鑄膜液處于一個(gè)靜態(tài)封閉的空間，在加熱裝置3的加熱下，蒸發(fā)的溶劑飽和蒸氣向周邊擴(kuò)散并籠罩鑄膜液，擴(kuò)散較遠(yuǎn)的溶劑飽和蒸氣遇到冷卻水套5，在冷卻水套5表面冷卻凝結(jié)成液態(tài)溶劑，在重力作用下順著冷卻水套的表面流下匯聚到冷卻水套5底部的冷凝溶劑收集槽6內(nèi)，由于鑄膜液與溶劑蒸氣處于接近動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)，鑄膜液中溶劑緩慢蒸發(fā)減少，鑄膜液中溶質(zhì)的濃度緩慢增大，進(jìn)而緩慢結(jié)晶成膜。10)當(dāng)鑄膜液中的溶劑蒸發(fā)完畢后，繼續(xù)加熱30分鐘時(shí)間，使更多的溶質(zhì)分子運(yùn)動(dòng)排列到晶格中，進(jìn)一步提聞成品I吳的結(jié)晶度。11)停止加熱，將冷凝溶劑收集槽6內(nèi)冷凝溶劑排走，待鑄膜盤冷卻后，將膜從鑄膜盤上揭下，即得60cmX60cmX0. 0075cm全氟離子交換膜。12)檢測(cè)成品膜厚度均勻性，如果成品膜某個(gè)部位偏厚，則在加熱裝置對(duì)應(yīng)部位上放置不銹鋼片遮擋物，以降低該部位加熱溫度，從而減薄成品膜該部位的厚度。實(shí)施例三本實(shí)施例為IOOcmX IOOcmXO. 025cm的全氟離子交換膜制作，該法包括以下具體
步驟
I)將Ikg當(dāng)量重量EW= I lOOg/eq的全氟磺酸離子交換樹(shù)脂和20L 二甲基甲酰胺(沸點(diǎn)153°C )加入30L封閉反應(yīng)釜加熱攪拌溶解，溶解溫度200°C，溶解時(shí)間6小時(shí)，使全氟磺酸離子交換樹(shù)脂溶解于二甲基甲酰胺，制得約20L濃度為5%的鑄膜液。2)用浮法玻璃和玻璃膠制備面積S = 107cmX 107cm、厚度2cm、深度I. 5cm、邊沿寬度3. 5cm、內(nèi)底面積IOOcmX IOOcm的鑄膜盤I如圖I所示。3)在保溫底板2上居中設(shè)置面積為A = 200cmX 200cm的加熱裝置3如圖2所示，加熱裝置3的功率密度為O. 5W/cm2，加熱功率為20kW，它由100根功率200W、長(zhǎng)200cm的遠(yuǎn)紅外石英加熱管301等間隔2cm平行排列構(gòu)成，加熱裝置3的加熱溫度由溫控儀自動(dòng)控制，溫控儀測(cè)溫探頭放置在鑄膜盤I的邊沿上，以檢測(cè)加熱溫度。4)在加熱裝置外圍設(shè)置支架4如圖3、圖4所示，將鑄膜盤I放在支架4上如圖5、圖6所示，將水平儀放置在鑄膜盤I中，調(diào)節(jié)支架4的支腳的高度，使水平儀的水準(zhǔn)泡在鑄膜盤I平面內(nèi)兩個(gè)相互垂直的方向上都處于零位，從而使鑄膜盤I處于水平，鑄膜盤I與其 下方的加熱裝置3之間的距離為dl = 40cm如圖10所示。支架4有四個(gè)支腳10，其結(jié)構(gòu)相同。請(qǐng)參照?qǐng)D3、圖4，每個(gè)支腳10由螺桿101、螺母102、螺套103組成，螺母102螺接在螺桿101的下部，螺套103螺接在螺桿101的上部，螺套103的頂部有支點(diǎn)104，支點(diǎn)104用于支承鑄膜盤1，旋轉(zhuǎn)螺套103，即可調(diào)節(jié)支腳10的高度，螺母102用于將螺套103鎖住定位。5)在保溫底板2上設(shè)置不銹鋼薄板制成的高度H = 120cm的冷卻水套5，冷卻水套5環(huán)繞加熱裝置3、支架4和鑄膜盤I如圖6、圖7、圖10所示，冷卻水套5與鑄膜盤I之間橫向距離為d2 = 40cm如圖10所示，冷卻水套5為夾層結(jié)構(gòu)，外夾層8用保溫材料均勻填實(shí)，內(nèi)夾層9裝有冷卻水11，冷卻水11的深度為h = 40cm，冷卻水11的厚度為v = 10cm。6)在冷卻水套5底部設(shè)置冷凝溶劑收集槽6如圖6、圖9、圖10所示。7)將IOL濃度為5%鑄膜液倒入鑄膜盤I內(nèi)，鑄膜液自然流延均勻鋪展布滿鑄膜盤，鑄膜液深度為1cm。8)在冷卻水套5上設(shè)置保溫頂蓋7，將冷卻水套5和保溫底板2包圍的內(nèi)部空間密封如圖7、圖8、圖10所示；9)啟動(dòng)加熱裝置3對(duì)鑄膜盤I中鑄膜液加熱，控制加熱溫度在123 °C，低于溶劑沸點(diǎn)30°C，加熱時(shí)間為5. 5小時(shí)，使鑄膜液中的溶劑全部蒸發(fā)。在溶劑蒸發(fā)過(guò)程中，鑄膜盤I及其中的鑄膜液處于一個(gè)靜態(tài)封閉的空間，在加熱裝置3的加熱下，蒸發(fā)的溶劑飽和蒸氣向周邊擴(kuò)散并籠罩鑄膜液，擴(kuò)散較遠(yuǎn)的溶劑飽和蒸氣遇到冷卻水套5，在冷卻水套5表面冷卻凝結(jié)成液態(tài)溶劑，在重力作用下順著冷卻水套的表面流下匯聚到冷卻水套5底部的冷凝溶劑收集槽6內(nèi)，由于鑄膜液與溶劑蒸氣處于接近動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)，鑄膜液中溶劑緩慢蒸發(fā)減少，鑄膜液中溶質(zhì)的濃度緩慢增大，進(jìn)而緩慢結(jié)晶成膜。10)當(dāng)鑄膜液中的溶劑蒸發(fā)完畢后，繼續(xù)加熱100分鐘時(shí)間，使更多的溶質(zhì)分子運(yùn)動(dòng)排列到晶格中，進(jìn)一步提聞成品I吳的結(jié)晶度。11)停止加熱，將冷凝溶劑收集槽6內(nèi)冷凝溶劑排走，待鑄膜盤冷卻后，將膜從鑄膜盤上揭下，即得IOOcmX IOOcmXO. 025cm全氟離子交換膜。12)檢測(cè)成品膜厚度均勻性，如果成品膜某個(gè)部位偏厚，則在加熱裝置對(duì)應(yīng)部位上放置不銹鋼片遮擋物，以降低該部位加熱溫度，從而減薄成品膜該部位的厚 度。
權(quán)利要求
1.一種溶液鑄膜法，其特征是該法為靜態(tài)封閉的溶液鑄膜法，包括以下具體步驟 1)將溶質(zhì)溶解于溶劑制備鑄膜液； 2)制備面積為S的鑄膜盤； 3)在保溫底板上居中設(shè)置面積為A的加熱裝置，加熱裝置的功率密度為O.I O. 5W/cm2，且 I. 5S 彡 A 彡 3. 5S ; 4)在加熱裝置外圍設(shè)置支架，將鑄膜盤放在支架上，調(diào)節(jié)支架的支腳使鑄膜盤處于水平，鑄膜盤與其下方的加熱裝置之間的距離為dl，且O. 2S1/2 ^ dl ^ O. 4S1/2 ； 5)在保溫底板上設(shè)置高度為H的冷卻水套，冷卻水套環(huán)繞加熱裝置、支架和鑄膜盤，且O. 6S1/2彡H彡I. 2S1/2，冷卻水套與鑄膜盤之間的橫向距離為d2，且O. 2S1/2彡d2彡O. 4S1/2，冷卻水套為夾層結(jié)構(gòu)，外夾層用保溫材料均勻填實(shí)，內(nèi)夾層裝有冷卻水，冷卻水的深度為h，冷卻水的厚度為 V，且 O. 2S1/2 彡 h 彡 O. 4S1/2，0. 05S1/2 ^ v ^ O. 1S1/2 ； 6)在冷卻水套底部設(shè)置冷凝溶劑收集槽； 7)將鑄膜液倒入鑄膜盤，讓鑄膜液均勻鋪展布滿鑄膜盤，鑄膜液深度為O.I Icm ; 8)在冷卻水套上方設(shè)置保溫頂蓋，將冷卻水套和保溫底板包圍的內(nèi)部空間密封； 9)啟動(dòng)加熱裝置加熱鑄膜盤中的鑄膜液，控制加熱溫度低于溶劑沸點(diǎn)10 30°C，加熱時(shí)間I 5. 5小時(shí)，使鑄膜液中的溶劑全部蒸發(fā)； 10)當(dāng)鑄膜液中的溶劑蒸發(fā)完畢后，繼續(xù)加熱2 100分鐘，使更多的溶質(zhì)分子運(yùn)動(dòng)排列到晶格中，進(jìn)一步提聞I旲的結(jié)晶度； 11)停止加熱，將冷凝溶劑收集槽內(nèi)的冷凝溶劑排走，待鑄膜盤冷卻后，將膜從鑄膜盤上揭下，即得成品膜； 12)檢測(cè)成品膜厚度均勻性，如果成品膜某個(gè)部位偏厚，則在加熱裝置的對(duì)應(yīng)部位上放置遮擋物，以降低該部位加熱溫度，從而減薄成品膜該部位的厚度。
2.如權(quán)利要求I所述的溶液鑄膜法，其特征是所述鑄膜液的溶質(zhì)為全氟磺酸離子交換樹(shù)脂，其當(dāng)量重量EW = 900 llOOg/eq，溶劑為二甲基甲酰胺，鑄膜液濃度為I 5%，鑄膜液制備使用封閉反應(yīng)釜，溶解溫度200 220°C，溶解時(shí)間4 6小時(shí)。
3.如權(quán)利要求I所述的溶液鑄膜法，其特征是所述鑄膜盤由浮法玻璃和玻璃膠制成。
4.如權(quán)利要求I所述的溶液鑄膜法，其特征是在鑄膜盤內(nèi)放置水平儀，通過(guò)調(diào)節(jié)支架支腳的高度，使水平儀的水準(zhǔn)泡在鑄膜盤平面內(nèi)兩個(gè)相互垂直的方向上都處于零位，從而使鑄膜盤處于水平。
5.如權(quán)利要求I所述的溶液鑄膜法，其特征是所述加熱裝置由遠(yuǎn)紅外石英加熱管平行排列構(gòu)成。
6.如權(quán)利要求I所述的溶液鑄膜法，其特征是所述加熱裝置的加熱溫度由溫控儀自動(dòng)控制，溫控儀的測(cè)溫探頭放置在鑄膜盤的邊沿上，以檢測(cè)加熱溫度。
7.如權(quán)利要求I所述的溶液鑄膜法，其特征是所述冷卻水套由不銹鋼薄板制成。
8.如權(quán)利要求I所述的溶液鑄膜法，其特征是所述遮擋物為金屬片。
全文摘要
一種溶液鑄膜法，包括以下步驟將溶質(zhì)溶解于溶劑制備鑄膜液；用浮法玻璃制備鑄膜盤；在保溫底板上設(shè)置加熱裝置；在加熱裝置外圍設(shè)置支架，將鑄膜盤放在支架上；在保溫底板上設(shè)置冷卻水套，冷卻水套環(huán)繞加熱裝置、支架和鑄膜盤；在冷卻水套底部設(shè)置冷凝溶劑收集槽；將鑄膜液倒入鑄膜盤；在冷卻水套上方設(shè)置保溫頂蓋，將冷卻水套和保溫底板包圍的內(nèi)部空間密封；啟動(dòng)加熱裝置加熱鑄膜液，使鑄膜液中的溶劑全部蒸發(fā)；繼續(xù)加熱，進(jìn)一步提高膜的結(jié)晶度；停止加熱，將膜從鑄膜盤上揭下；檢測(cè)膜厚度，調(diào)整加熱場(chǎng)，提高成品膜厚度均勻性。該法具有工藝簡(jiǎn)單、設(shè)備便宜、制膜成本低、成品膜結(jié)晶度高、各向同性、厚度均勻、雜質(zhì)少、外觀好、成品率高等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)C08J5/22GK102888010SQ20111020182
公開(kāi)日2013年1月23日 申請(qǐng)日期2011年7月19日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月19日
發(fā)明者鄭重德 申請(qǐng)人:北京金能世紀(jì)科技有限公司